1. 神經(jīng)元樣本和轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)質(zhì)控
研究人員首先利用融合IB4的CGRP,NF200熒光標(biāo)記物對神經(jīng)元進(jìn)行免疫染色(Immunostaining)。結(jié)果表明,~35%的神經(jīng)元能被IB4染色,~41.2%被CGRP染色,~46.4%被NF200染色(圖1A)。大約20%被IB4染色的神經(jīng)元能夠表達(dá)CGRP,然而只有5.6%表達(dá)NF200。大約28%被CGRP染色的神經(jīng)元表達(dá)NF200。極少數(shù)可以同時被三個染色。為了提高對神經(jīng)元細(xì)胞分類的效率,研究人員設(shè)計了一個專門針對DRG分類的方法。首先,DRG細(xì)胞被從小鼠體內(nèi)分離出后再利用IB4對其染色(圖1B)。顯微鏡下,那些周圍沒有衛(wèi)星細(xì)胞的被選擇用來進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組測序。測序文庫一共來源于19個小鼠的203個神經(jīng)元。
為了獲得可靠的單神經(jīng)元轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù),研究人員首先通過預(yù)實驗對測序的深度和檢測基因數(shù)量進(jìn)行分析,并且確認(rèn)了在維持測序質(zhì)量的前提下,每個樣本至少3000萬的reads作為合理的最小測序量。最終,研究人員每個樣本的平均測序量達(dá)到了5820萬(2960萬-1.064億)(圖1C)。檢測到的基因數(shù)量范圍在7972-13960個之間(圖1D)。為了評估測序深度和基因數(shù)量之間的關(guān)系,研究人員還對其中6個文庫進(jìn)行了重新測序,平均測序量達(dá)到了1.81億個reads。結(jié)果發(fā)現(xiàn),和深度測序相比,同一文庫的相似度為99.8%(圖1E)。
最后,為了確認(rèn)RNA-seq的質(zhì)量,研究人員將同一文庫的cDNA等量分成兩份再一次進(jìn)行了RNA-seq,兩次測序的匹配度達(dá)到了99.4%。研究人員對197個單細(xì)胞測序數(shù)據(jù)進(jìn)行了關(guān)聯(lián)分析;蚬脖磉_(dá)網(wǎng)絡(luò)分析(Weighted gene co-expression network analysis, WGCNA)常被用于對有關(guān)聯(lián)的基因進(jìn)行模塊分類。由于在該分析模式下,同一個細(xì)胞簇中有著高度關(guān)聯(lián)的基因,因此這對細(xì)胞分類頗為有用。使用WGCNA方法,研究人員在2043個差異表達(dá)基因中鑒定到了12個基因模塊(圖1G)。
原位雜交(In situ hybridization, ISH)實驗確認(rèn)了該結(jié)果的可靠性(圖1H)。研究人員還將197個神經(jīng)元中1745個差異表達(dá)基因進(jìn)行基本的分析來對神經(jīng)簇進(jìn)行歸類(圖2A),一共將其分為10個種類,分別為C1-C10;趯1745個差異基因的細(xì)胞-細(xì)胞關(guān)聯(lián)矩陣(cell-cell correlation matrix)分析,C9神經(jīng)元被認(rèn)為高度關(guān)聯(lián)(value of Spearman correlation (VSC): 0.780±0.007) 。
圖1:神經(jīng)元樣本,RNA測序以及基因分類
根據(jù)簇的分類,C1,C2,C4,C5,C,C8以及C9還可以被分為兩個亞簇,總共14個亞簇(圖2A,3A)。以C4為例,C401表達(dá)Mrgpra3基因,而C4-2同時表達(dá)Mrgpra3基因與Mrgprb4基因。單細(xì)胞定量PCR以及原位雜交實驗同樣確認(rèn)了C4-2的存在(圖3B-D)。Mrgpra3基因與Mrgprb4基因盡管同在C4-2中被檢測到,但共表達(dá)網(wǎng)絡(luò)卻沒有任何交集(圖3E)。
研究人員使用了Fisher檢測來鑒定神經(jīng)元簇和亞簇中的差異基因。結(jié)果發(fā)現(xiàn),C1包含了高表達(dá)的Tac1和Calca基因,然而C2中Nppb有高表達(dá)。C1與C2的比較中發(fā)現(xiàn)了152個差異表達(dá)的基因,其中83個在C1中高表達(dá)。另外,研究人員還對其余的神經(jīng)元簇和亞簇進(jìn)行了差異基因的分析。
一個合格的標(biāo)志基因的先決條件需要具備可選擇性,高表達(dá)以及可實驗性。Gal,Nppb,Th以及Mrgpra3被認(rèn)為是C1,C2,C3和C4的標(biāo)志物(圖4A)。每個簇可以有多個標(biāo)志物,如Nts,Il31ra以及Htr1f同時作為C2的標(biāo)志物(圖4B),Cadps2,Baiap2l1和Necab2同時作為C9的標(biāo)志物(圖4C)等等。原位雜交實驗確認(rèn)了該結(jié)果的準(zhǔn)確性(圖4F,G)。
研究人員為了確認(rèn)鑒定的14個神經(jīng)元亞簇具有不同的生物學(xué)功能,還對其進(jìn)行了各個條件的無差異性分析(圖5),確認(rèn)了不同神經(jīng)元亞簇在接受信號過程中表現(xiàn)出不同的表型具備不同的功能。