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为什么神经科学家结合组织病理学和基因表达很重要

在这次采访中,塞德里克·乌廷科(Cedric Uytingco)讨论了能够可视化神经系统样本中基因表达模式的关键优势。为什么神经科学家结合组织病理学和基因表达很重要?

为什么神经科学家结合组织病理学和基因表达很重要

传统上,神经科学家使用组织学根据已知的细胞形态和位置推断细胞类型。但是,仅使用此分类会模糊理解正常发育和疾病病理所必需的信息。

对组织中基因表达模式和细胞间相互作用的了解提供了更多的背景信息,扩大了可获得的见解并加速了生物学发现。

这对其他哪些研究领域特别有用?

将基因表达与组织学联系起来对于许多研究应用程序非常有用,研究人员希望深入研究组织结构,生物学功能和疾病病理学。除了神经科学,研究癌症,免疫肿瘤学,免疫学和发育生物学的研究人员还将发现该技术有用。

尝试使用传统方法在空间上可视化基因表达时,科学家面临的主要挑战是什么?

检查基因表达和形态的传统技术(例如免疫组织化学或原位杂交)依赖于探测相对少量已知靶标的蛋白质和/或核酸。这需要细胞标记物的先验知识,并且通过将研究限于已知靶标,研究人员可能会缺少有关可能具有生物学意义的细胞亚型的信息。

检查广泛的生物标志物需要大量的切片,分别用靶标或低复杂量的探针进行探测,最后,所有切片都需要成像并手动分析。在可用组织数量有限的情况下,甚至不可能分析广泛的靶标。

什么是空间基因表达谱分析,它如何克服其中的一些问题?

通过结合组织学和完整组织切片中的总mRNA表达,空间基因表达谱提供了基因表达模式的视图。无需事先了解细胞亚型或细胞标记物即可表征细胞群体,从而可以深入了解基因表达异质性,并发现新型生物标记物。

这项技术可从单个区域获得大量定量信息,包括基因表达模式,共表达信息以及对信号通路的分子洞察。

技术是如何开发的?

Ståhl等人首先描述了将无偏基因表达数据与来自同一组织切片的组织学信息相结合的能力。在科学谁再建立空间转录组从科学分拆为生活实验室,这是我们在2018年11月收购。

一旦成为10x Genomics的一部分,开发人员就会加倍努力以开发出更强大,易于使用的解决方案,并具有更好的空间分辨率,更高的灵敏度和自动化的分析工具。不到一年后,10x Genomics将Visium空间基因表达解决方案推向市场。

Visium空间基因表达解决方案如何工作?

将新鲜冷冻的组织切成薄片,然后放在载有数千个条形码斑点的载玻片上,其中包含数百万个具有该斑点唯一的空间条形码的捕获寡核苷酸。对组织切片进行成像,然后进行处理以释放与捕获寡核苷酸结合的mRNA。

载玻片上发生逆转录反应,生成用于制备标准短读文库的cDNA。条形码化的cDNA文库可以映射回特定位置,从而创建一层基因表达数据,可以将其与组织切片的显微镜图像相结合。

空间基因表达数据如何促进我们对神经系统疾病和健康的中枢神经系统的了解?

神经系统非常复杂,从相对同质的祖细胞群体发展为控制运动和感觉功能以及认知的多样化细胞网络。弄清该系统的复杂性,不仅需要了解正在发生的事情,而且还需要了解神经系统的不同区域控制不同功能的位置。

利用空间基因表达谱以无偏见的方式探索基因表达模式,加深了我们对有助于正常发育和功能的因素以及神经失调的潜在机制的理解。

该技术最近被用于在ALS中进行时空基因表达。为什么这项研究意义重大?

Silas Maniatis及其同事的论文检查了ALS患者死后组织中的基因表达以及该疾病的小鼠模型。他们的研究证实了已知与ALS有关的几种基因的基因表达发生了变化,但还发现了与小胶质细胞活化和自噬有关的基因的其他变化。

另外,它们能够利用形态学来绘制基因表达沿脊髓的后尾轴以及白和灰质之间的变化。这项研究提供了对ALS的潜在细胞和分子机制的见解。

对于该领域和其他神经退行性疾病的研究,该技术如何发挥作用?

该技术的一个主要优点是可以从单个组织切片中获取大量信息,这对于组织数量有限的研究特别有利。

研究人员现在将能够检查组织中的基因表达模式,并利用获得的信息来鉴定和表征在疾病中起作用的新生物标志物和信号传导途径,最终使人们更好地了解疾病的原因和进展。他们可以利用从这些研究中获得的信息来开始提出以前不可能的问题。

除ALS外,该技术如何用于改善我们对阿尔茨海默氏病的知识?

单细胞RNA测序(scRNA-seq)通常用于研究哺乳动物CNS中的不同细胞类型,但是该技术受到神经元和神经胶质细胞与天然组织的分离的限制。这限制了我们观察基因表达空间分布的能力。

这在阿尔茨海默氏症的研究中尤其重要,在该研究中,我们仍在尝试确定中枢神经系统中各种结构的贡献作用。在神经科学协会年会上,我将发表关于我们对空间基因表达谱研究的海报,这将涉及对家族性阿尔茨海默氏病APPSWE [Tg2576]小鼠模型进行谱分析。

对于那些以前从未使用过该技术的人,将其纳入您的研究有多困难?是否需要专业设备或培训?

Visium空间基因表达解决方案可在现有实验室基础架构中轻松采用。它使用标准的实验室方法和工具进行组织分析,包括组织切片,苏木精和曙红(H&E)染色以及成像。该解决方案包括试剂盒,其中包括玻片和创建序列就绪文库所需的试剂。

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