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不知不覺在單細胞轉錄組領域做知識分析也快兩年了，很幸運聚集了一些小伙伴攜手共進，我們承諾不間斷更新5個月，把我們這兩年的學習成果全部掏出來給大家，包括5個欄目：

1. 文獻速遞（簡短介紹，擴充知識面）

2. 文獻詳解（圖文并茂帶來大家系統(tǒng)性學習）

3. R與Bioconductor的技巧（書籍翻譯，妙招共享）

4. scRNAseq的GitHub的書籍翻譯（原汁原味的名校教程）

5. 全網第一個單細胞轉錄組視頻教程學習筆記分享

現(xiàn)在你看到的是文獻速遞

希望大家能有所收獲！

 

文章總覽

該文章使用了單核RNA測序(snRNA-seq)技術，對15個ASD患者和16個對照的prefrontal cortex (PFC) 和anterior cingulate cortex (ACC)區(qū)域，總計10萬多單細胞進行了單核轉錄組測序，采用的10X平臺完成。

他們描述了自閉癥患者中不同皮質細胞類型的轉錄組變化，發(fā)現(xiàn)在自閉癥患者中，興奮性神經元的突觸信號和小膠質細胞的分子狀態(tài)優(yōu)先受到影響。并且發(fā)現(xiàn)上層投射神經元(L2/3神經元)和小膠質細胞中的特定基因與ASD的臨床嚴重程度有關，將有望成為ASD的治療靶點。

該研究同時提供了在線交互式瀏覽工具https://autism.cells.ucsc.edu，可以方便的查看各類細胞的表達情況以及與臨床信息的關系。

背景知識

• ASD(Autism spectrum disorders)：是根據典型孤獨癥的核心癥狀進行擴展定義的廣泛意義上的孤獨癥，是一系列復雜的神經發(fā)育障礙性疾病。自閉癥發(fā)病率較高并呈逐年上升趨勢，在美國發(fā)病率為1/59，男性發(fā)病率為女性的4~6倍。盡管自閉癥具有臨床和遺傳異質性，但大量基因表達研究表明，自閉癥患者新皮質的變化集中在共同的基因和通路上。單細胞測序技術的出現(xiàn)使得直接評估自閉癥患者大腦中的特定細胞類型成為可能。

• 單細胞RNA測序(scRNA-seq)技術已經成為揭示復雜組織中細胞類型、動態(tài)狀態(tài)及功能過程的一項重要工具，然而從新鮮組織中制備單細胞懸液的嚴格要求對于已收集（凍存）的樣本或難以解離的樣本來說是一大障礙。例如腦組織樣本需要嚴格的酶消化過程，但是這個過程損害了神經元細胞RNA的完整度，使得恢復的細胞類型比例具有偏倚性。

• 后來出現(xiàn)的單核RNA測序(snRNA-seq)技術，與scRNA-seq相比具有同樣的基因檢測能力，而且有更大的優(yōu)勢，能夠減少組織解離引起的bias，適用于難以處理的樣本或凍存的樣本的單細胞研究。并且單核轉錄組表達數(shù)據與單細胞轉錄組數(shù)據也具有高度相關性、相似的通量和靈敏度，核的聚類主要依據細胞類型而不依賴個體，目前在神經組織樣本、腎臟組織樣本等都有應用。

測序數(shù)據介紹

• 工具: snRNA-seq技術、10X Genomics 平臺

• 樣品： 15個ASD患者和16個對照的prefrontal cortex (PFC) 和anterior cingulate cortex (ACC)區(qū)域，總計10萬多單細胞

• 測序數(shù)據：PRJNA434002

snRNA-seq上游分析

使用10X Genomics CellRanger軟件v1.3.1對snRNA-seq數(shù)據進行處理和質控，包括：library demultiplexing、fastq文件生成和read alignment以及UMI量化。

• CellRanger使用默認參數(shù)，除了使用pre-mRNA參考文件(ENSEMBL GRCh38)，以確保捕獲來自核部分豐富的pre-mRNA轉錄本的內含子read。

• 平均每個核檢測出1391個基因和2213個轉錄本，和最近的snRNA-seq研究一致。

聚類和降維

使用Louvain clustering進行聚類分析，然后根據已知的marker來定義細胞類型，識別出17種細胞類型，使用t-SNE在二維空間中可視化。

基因差異表達分析

為了識別ASD中細胞類型特異性失調的基因，他們使用線性混合模型(LMM)比較了ASD和對照組中每種細胞類型的核轉錄譜。識別出513個差異表達基因，并且這些基因與SFARIA數(shù)據庫里的基因和Top ASD risk genes有顯著的overlap。發(fā)現(xiàn)上調的neuronal DEGs主要是：上層投射神經元(L2/3神經元)，表達VIP(腸血管活性多肽)的中間神經元相關基因；下調的non-neuronal DEGs主要是原漿型星形膠質細胞(AST-PP)和小神經膠質細胞。

與臨床表型高度相關的ASD特異性基因分析

他們與自閉癥患者的臨床表型與差異表達基因關聯(lián)起來，發(fā)現(xiàn)上層投射神經元(L2/3神經元)和小膠質細胞中的特定基因與ASD的臨床嚴重程度有關。

總結

自閉癥是基因和環(huán)境相互作用的結果，異質性強，臨床表現(xiàn)變化大，導致確定致病基因變得極為困難。該文章發(fā)現(xiàn)的與臨床表型高度相關的ASD特異性基因是ASD的優(yōu)先治療靶點，為治療和早期識別ASD提供了新的希望。未來對更大的患者群體的研究，以及全外顯子組測序和改進的單細胞技術，將允許更精確地識別ASD驅動的分子變化及其與有害基因變異的關系。