单细胞组学 | 人脑类器官中的细胞命运调控组

题目：Inferring and perturbing cell fate regulomes in human brain organoids

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单位：ETH
时间：2022年8月
杂志：Nature

今天分享一篇前两天发表在Nature杂志上的利用单细胞组学技术研究人脑类器官的细胞命运调控的文献。文章题目用了regulome 调控组，这个词比较新，看来各种组学分析起个牛逼的名字还是很有必要的。

背景：

大脑或者神经类器官从胚胎干细胞，或者诱导多能干细胞分化形成不同区域的神经元，细胞的命运与状态部分通过转录因子复杂回路来调控。虽然已经发表了一些小鼠与人类的脑单细胞发育研究。但是目前还不了解在正常和扰动条件下人类大脑早期发育的基因调控网络。

方案与结果：

大脑类器官发育过程中的单细胞转录组以及染色质可及性测序。使用3个人的ips细胞系与1个es细胞系的11个时间点，时间跨度为2个月；
然后进行了常规的发育分化分析，描述了脑类器官区域化和神经发育的过程；
研究人员开发了Pando的算法进行基因调控网络的推断，该算法利用多峰单细胞基因组测量，通过TF-峰互作对基因表达进行建模；Pando使用回归模型推断靶基因的表达，转录因子结合；
研究人员发现某些TF的结合是拟时序依赖的，而不是区域依赖的；在全局范围内，GRN显示调控区域可及性，TF表达，与类器官发育一致；此外，研究人员对分支调控网络进行了分析；
接下来，研究人员设计了gRNA，利用CRISPR-Cas9对不同发育阶段进行TF扰动；发现被 GLI3 激活的基因与皮层转换概率呈正相关，而 HES1 对这些基因具有抑制作用。表明这两个基因在人类端脑的背腹命运决定中具有拮抗作用。

总结：
虽然发表了很多人和小鼠的单细胞组学研究，这篇文章还能发到Nature，个人感觉创新点主要是加了遗传扰动数据集，以及新开发了Pando GRN框架。研究最后的生物学落到了GLI3上，不过这个基因之前已经证明了功能，但是研究人员详细研究了单细胞分辨率下的GLI3在细胞命运决定中的关键作用，可以直接调控HES基因。
（看了下时间line，文章从投稿到接收用了接近十一个月，各位博士们写CNS文章要趁早啊，不然光投稿周期就够延期一年了）