新發現！結合scRNA-Seq和AI的新工具揭示新神經元細胞類型

鑒于神經元回路的復雜性，細胞類型特異性工具是必要的，以識別和功能表征不同的細胞類型。目前，這些用于研究果蠅的工具——包括廣泛使用的GAL4系統——依賴于增強子活性來標記不同的細胞亞群。然而，也存在局限性:基于增強子的GAL4系可能不能反映附近基因的表達，而且所涉及的篩選既費時又費力。現在，通過將scRNa-seq數據輸入到算法中，紐約大學(NYU)的研究人員系統地識別出了在果蠅視覺系統的多個發育階段的大多數細胞類型中**表達的基因對。

其中一對基因導致了一種全新細胞類型的發現——MeSps。“盡管研究果蠅的視覺系統已有很長的歷史，但我們以前從未見過這種細胞類型，”紐約大學生物系博士后Yu-Chieh David Chen說。這項工作發表在《PNAS》上。

與人類的860億個神經元不同，果蠅只有大約10萬個神經元。使用基因工具可以區分果蠅不同類型的細胞，這已經徹底改變了大腦神經回路的研究，使科學家能夠以精確的方式了解回路的發育、功能和行為。

紐約大學生物學和神經科學教授Claude Desplan博士說:“中樞神經系統的一個特點是不同細胞類型的多樣性，這些細胞類型負責許多不同的功能。”

Desplan實驗室之前的研究使用單細胞測序來確定在發育中的果蠅的視覺系統中大約有200種細胞類型。根據基因表達和先前的研究，科學家們可以識別出發育中的果蠅視覺系統中200種細胞類型中的大約一半，但他們缺乏一種容易研究和標記其他100種細胞類型的方法。現有的工具可以精確地操縱成年果蠅的神經回路，但往往不能在發育過程中標記相同的神經元，這使得這些工具不適合研究發育中的大腦細胞。

此外，以前識別細胞類型的方法需要對大量候選基因組合進行費力的測試。我們知道我們需要一種更有效的方法來標記特定的細胞類型，并且能夠利用越來越多的單細胞測序數據，”Chen說。

Chen和他的同事們創造了一種工具，利用發展中的果蠅視覺系統的大量單細胞測序數據來識別基因和基因組合，這些基因和基因組合只在某些細胞類型中表達。為了確定細胞類型，研究人員通常會尋找遺傳標記(特定于細胞類型的單個基因)。但通常一個基因會在多種細胞類型中表達，因此很難用一個基因來區分它們。紐約大學研究人員開發的工具使用了一種略有不同的方法:在一種細胞類型中尋找兩個重疊的基因。

更具體地說，作者寫道，他們使用現有的發育scRNA-seq數據集“選擇用于split-GAL4的基因對，并提供一個高效和預測的管道(scMarco)，在發育過程中的任何時候，基于天然基因調控元件，產生細胞類型特異性的split-GAL4系。”

他們補充說，這些基因特異性的split-GAL4系可以從大量編碼內含子MiMIC/CRIMIC系中產生，也可以通過CRISPR敲入產生。

研究人員指出，只要單細胞數據可用，他們的工具也可以用于研究發育中的果蠅的其他系統。此外，尋找標記基因對而不是單個標記基因的邏輯可以應用于其他物種的研究。

他們寫道:“我們使用發育中的果蠅視覺系統作為模型來證明scRNAseq引導的基因特異性split-GAL4系在靶向已知細胞類型、注釋scRNAseq數據集中的簇以及識別新細胞類型方面的高預測能力。最后，基因特異性split-GAL4系廣泛適用于任何其他果蠅組織。”

Desplan說:“這種開創性和高效的方法為神經科學領域提供了特殊的工具，可以高精度地研究發育問題。”

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