전뇌 전체에 걸친 in situ 시퀀싱을 통해 입력 의존적 영역 정체성 규명

Core Concepts

전뇌 신경세포의 전사체 프로파일은 해당 영역의 정체성을 반영하며, 이는 발달 과정에서 주변 입력에 의해 강화된다.

Abstract

이 연구는 BARseq이라는 고속 in situ 시퀀싱 기술을 사용하여 마우스 전뇌의 10.3백만 개 세포, 약 420만 개의 피질 신경세포에서 104개의 세포형 마커 유전자 발현을 분석했다. 단일 세포 수준의 유전자 발현 클러스터링을 통해 이전 단일 세포 RNA 시퀀싱 연구와 일치하는 전사체 유형을 확인했다. 이 전사체 유형의 구성은 피질 영역 정체성을 강력하게 예측할 수 있었다. 또한 유사한 전사체 유형 구성을 가진 영역들, 즉 피질 모듈은 높은 연결성을 보이는 영역들과 겹치는 것으로 나타났다. 이는 전사체 서명과 연결성이 동일한 모듈 구조를 반영한다는 것을 시사한다.
발달 과정에서 이러한 전사체 프로파일이 어떻게 형성되는지 확인하기 위해, 출생 직후 양안 제거 실험을 수행했다. 그 결과 시각 영역의 세포형 구성 프로파일이 동일한 모듈 내 인접 영역으로 이동하는 것이 관찰되었다. 이는 주변 입력이 피질 모듈 내 영역 간 고유한 전사체 정체성을 강화한다는 것을 보여준다.
이 연구는 BARseq의 높은 처리량, 저비용, 재현성을 활용하여 뇌 전체의 분자 구조를 밝히고 그 발달 과정을 이해하는 데 활용할 수 있음을 보여주었다.

Stats

총 10.3백만 개의 세포, 약 420만 개의 피질 신경세포에서 104개 세포형 마커 유전자 발현 분석
양안 제거 실험을 통해 시각 영역의 세포형 구성 프로파일 변화 관찰

Quotes

"전뇌 신경세포의 전사체 프로파일은 해당 영역의 정체성을 반영한다."
"유사한 전사체 유형 구성을 가진 영역들, 즉 피질 모듈은 높은 연결성을 보이는 영역들과 겹친다."
"주변 입력이 피질 모듈 내 영역 간 고유한 전사체 정체성을 강화한다."

Key Insights Distilled From

Whole-cortex in situ sequencing reveals input-dependent area identity - Nature

by Xiaoyin Chen... at www.nature.com 04-24-2024

https://www.nature.com/articles/s41586-024-07221-6

Deeper Inquiries

전사체 프로파일과 연결성 간의 상호작용이 어떻게 발달하는지 더 자세히 규명할 필요가 있다.

BARseq를 통해 얻은 연구 결과는 전사체 프로파일과 뇌 지역 간의 상호작용이 발달 중에 어떻게 형성되는지에 대한 통찰을 제공한다. 연구에서는 전사체 프로파일이 특정 뇌 지역의 신경세포들에 의해 어떻게 조절되는지를 밝혀냈다. 또한, 전사체 프로파일의 변화가 뇌 지역 간 연결성과 어떤 상호작용을 하는지를 자세히 조사함으로써, 뇌의 발달 및 기능에 대한 이해를 더욱 확장할 필요가 있다.

전사체 프로파일의 변화가 신경 활동 및 행동 변화와 어떻게 연관되는지 확인해볼 필요가 있다.

전사체 프로파일의 변화가 신경 활동 및 행동 변화와의 연관성을 확인하는 것은 중요한 연구 과제이다. 이를 위해 전사체 프로파일의 변화가 특정 행동이나 신경 활동과 어떤 상관관계가 있는지를 연구하는 실험적 방법이 필요하다. 이러한 연구를 통해 특정 전사체 프로파일의 변화가 특정 행동 패턴이나 신경 활동에 어떤 영향을 미치는지를 밝혀내어 뇌 기능의 이해를 더욱 심화시킬 수 있다.

이러한 접근법을 다른 동물 모델이나 질병 모델에 적용하여 뇌 기능과 질병 메커니즘을 이해할 수 있을까?

BARseq와 같은 접근법을 다른 동물 모델이나 질병 모델에 적용함으로써, 뇌 기능 및 질병 메커니즘에 대한 통찰을 얻을 수 있다. 다른 동물 모델에서도 전사체 프로파일의 변화와 뇌 지역 간 연결성의 상호작용을 조사하여 종간의 유사성과 차이점을 파악할 수 있다. 또한, 질병 모델에서는 전사체 프로파일의 변화가 질병 발병 및 진행에 어떤 영향을 미치는지를 연구하여 질병 메커니즘을 이해하는 데 도움이 될 수 있다. 따라서 이러한 접근법은 다양한 모델을 통해 뇌 기능 및 질병 연구에 적용될 수 있음을 시사한다.