EmAtlas的應(yīng)用案例
EmAtlas 的一個(gè)典型應(yīng)用是探索潛在的跨物種組織發(fā)育調(diào)節(jié)因子。以胎兒大腦的發(fā)育為例。Single Cell Cluster工具顯示，神經(jīng)元是人類和小鼠胎兒大腦的主要細(xì)胞類型，其百分比超過(guò)80%（上圖A）。因此，我們專注于神經(jīng)元發(fā)育，并確定了人和小鼠共有的神經(jīng)元特異性高變異基因（HVG）。EmRanger分析結(jié)果表明，這些HVG主要富集于與神經(jīng)系統(tǒng)和大腦發(fā)育相關(guān)的一些生物過(guò)程中（上圖B）。這些HVG的失調(diào)可導(dǎo)致疾病的發(fā)生，如多動(dòng)癥、散發(fā)性癲癇和異常的腦形態(tài)發(fā)生。上述分析表明，人和小鼠之間可能存在類似的神經(jīng)元發(fā)育機(jī)制，表明將小鼠作為人類神經(jīng)發(fā)育疾病的模型動(dòng)物是可行的。隨后，選擇了神經(jīng)元中特異表達(dá)的四個(gè)代表性基因（Stmn2、Tuba1a、Gpm6a和Tagln3）（上圖C）。Stmn2、Tuba1a和Gpm6a已被證實(shí)在早期神經(jīng)發(fā)生和維持神經(jīng)元形態(tài)方面發(fā)揮關(guān)鍵作用。
Tagln3在先前的研究中被認(rèn)為是泛神經(jīng)元標(biāo)記，但在神經(jīng)發(fā)育過(guò)程中 Tagln3 的時(shí)空表達(dá)模式和動(dòng)態(tài)表觀基因組景觀仍然缺乏特征。EmAtlas進(jìn)一步證明Tagln3在小鼠腦組織中特異性表達(dá)，包括前腦、中腦、后腦和神經(jīng)管，其中神經(jīng)管的表達(dá)水平最高（上圖D，E）。值得注意的是，Tagln3在第13.5天在胎兒神經(jīng)管中達(dá)到最大表達(dá)水平，然后逐漸下降，直到出生后階段（上圖F）。此外，Tagln3 啟動(dòng)子的高染色質(zhì)可及性與H3K27ac和H3K4me1的沉積平行，從第11.5天到第15.5天甲基化水平低，在神經(jīng)管發(fā)育過(guò)程中顯示出明顯的表觀基因組動(dòng)力學(xué)（上圖G）。值得注意的是，H3K27ac 在第13.5天在神經(jīng)管中顯著富集，與第13.5天神經(jīng)管中Tagln3的高表達(dá)水平一致。這些結(jié)果表明，Tagln3可能是塑造神經(jīng)系統(tǒng)早期發(fā)育的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子。
總的來(lái)說(shuō)，EmAtlas 為實(shí)驗(yàn)生物學(xué)家提供資源和理論指導(dǎo)，以識(shí)別潛在的調(diào)節(jié)因子并破譯它們?cè)谂咛グl(fā)生過(guò)程中細(xì)胞命運(yùn)決定中的分子機(jī)制。
