scATAC文献：利用scRNA-seq和scATAC-seq研究灵长类中间神经元发育过程中的进化保守和非保守调控

scATAC文献：利用scRNA-seq和scATAC-seq研究灵长类中间神经元发育过程中的进化保守和非保守调控 1

Specific cell identities of primate GE progenitors

在哺乳动物发育中的大脑中，神经元由位于脑室区（VZ）的RGC和位于大脑皮层和GE的脑室下区（SVZ）的IPC生成。作者对来自人类和猕猴的神经祖细胞进行了亚群划分，包括RGC和IPC（图2a）。

Progenitor cell groups of primate GEs

RGC通过HES1、VIM和NES的高表达水平来区分，而IPC通过ASCL1、HES6和DLX2的表达来识别（图2b）。

在所有RGC中，作者观察到不同GE祖先的区域身份。NKX2-1、PAX6和NR2F2的表达分别代表MGE、LGE和CGE祖细胞（图2c）。

Expression levels of regional identity markers

对大脑皮质的研究显示，在灵长类新皮质中，SVZ/VZ外有一个特定的增殖区域，称为室下外侧区（oSVZ）。位于oSVZ中的外放射状胶质细胞（ORG）与VZ中的RGC不同，它们被认为是灵长类动物，尤其是人类大脑体积扩张的主要因素。值得注意的是，作者根据FAM107A、HOPX和TNC58的集中和特异性表达，在GEs的RGC内鉴定出灵长类特异性外放射状胶质细胞（oRG）（图2a，b）。

作者对HOPX进行了免疫染色，并确认了在GW13人和GW12猕猴LGE的VZ和SVZ，以及远离VZ的区域中HOPX的表达，类似于皮质中的区域（图2d）。

Expression of HOPX in human (left) and macaque (right) GE

然而，作者在小鼠GE或皮质中未观察到任何阳性信号。这表明，在灵长类动物的大脑发育过程中，oRG不仅存在于大脑皮层，也存在于GEs中。

然后，作者试图找出灵长类动物和小鼠之间GE祖细胞的差异。作者将作者的灵长类数据与已发布的小鼠GE数据集进行了整合，并对祖细胞群进行了子集划分。针对HES1+ RGCs，作者在不同物种之间进行了差异基因表达分析（图2e）。

Progenitors of human, macaque and mouse GE visualized by UMAP

确定了一组在人类和猕猴中高度表达的基因（图2e）。在这些差异表达基因（DEG）中，其中一些之前被报道为人类RGC中的特异表达基因，如MOXD1和TCIM58–60（图2e），这验证了作者的发现。其他增殖相关基因，如CLU61和VEPH1，也可能导致物种差异。

在大脑发育过程中，从RGC到IPC以及有丝分裂到有丝分裂后细胞的转变在细胞发育和分化中起着重要作用。对IPCs的分析显示，RGS16是G蛋白偶联受体信号级联的调节器，在灵长类和小鼠刚进入有丝分裂后期的细胞中特异表达（图2f）。scATAC-seq执行的基因调控网络显示，RGS16受多个增殖相关基因的调控，如PAX6、GLI3和HES5（图2f）。

此外，区域特异性标记物，如MGE中的NKX2-1、CGE中的NR2F2和LGE中的ISL1，开始表达与RGS16表达降低相关。这些模式表明，RGS16可能是IPC和细胞命运决定前体之间的过渡因子。

上述结果表明，在发育中的GE和大脑皮层中，灵长类动物都存在oRGs，这可能是灵长类动物和啮齿类动物物种差异的原因之一。

Cell fate determination in the developing MGE and CGE

为了描述MGE中的发育谱系，选择LHX6表达组进行进一步的差异基因表达分析和轨迹重建（图3a）。

Clusters and cell types in MGE

作者检测到四种不同的细胞类型，根据它们的基因表达谱，其中一种被认为是前体细胞。其他三个分支分别由SST、LHX8和CRABP1表达细胞组成（图3b、c）。

Visualization of expression profiles of different cell lineages in MGE using UMAP

Heatmaps describing DEGs in different lineages

MGE前体由转录因子NKX2-1、TOX3和PLS3（图3b）的表达指定，这些转录因子在细胞成熟过程中逐渐表达。MGE中所有假定更成熟的细胞都有NRXN1和CHL1的表达，根据生物过程基因GO（图3d），其功能与细胞粘附和轴突投射有关。

GO enrichment analysis in different cell lineages

在SST+中间神经元的整个谱系中，ZEB2和PLS3与包括ERBB4和CXCR4在内的基因一起表达（图3b）。之前的研究已经报道，ERBB4和CXCR4调节来自GE的中间神经元向小鼠大脑皮质的切向迁移。这些模式表明，起源于MGE的SST+中间神经元将迁移到大脑皮层。

LHX8+细胞是MGE衍生的胆碱能投射神经元，定位于基底端脑。大多数LHX8+细胞在人类GW9和猕猴GW7的MGE中检测到，但在三个较老的样本中几乎没有检测到（图3f）。

Human samples of different developmental stages of MGE

类似地，在小鼠MGE中，在E11和14处检测到的LHX8+细胞比在E17处检测到的要多得多。这表明LHX8+胆碱能投射神经元可能在灵长类动物大脑发育的早期产生，这与小鼠的研究结果一致。

作者还发现了一小群在LHX8+细胞旁特异表达CRABP1和ANGPT2的细胞（图3b-e）。作者独立分析了这两组细胞，以了解它们的更多细节。特征图显示，ANGPT2的表达与LHX8的表达完全分离，而CRABP1在一小部分LHX8+细胞中表达（图3e）。

Exclusive expression pattern of ANGPT2 and LHX8

对DEG的进一步检查导致在ANGPT2+组中发现ST18和ETV1表达。ST18和ETV1被描述为皮质小白蛋白（PV）中间神经元前体的标志物。作者假设，在大脑发育过程中，这些细胞会向大脑皮质迁移，并代表皮质PV中间神经元的前体。

上述结果表明，细胞在MGE早期分化，细胞谱系以时间依赖性的方式多样化，这在Monocle3构建的伪时间分析中也得到了体现（图3g，h）。

Pseudotime trajectory of primate MGE

CGE主要产生5HT3aR+皮质中间神经元。作者提取CGE细胞以检查其细胞多样性。几乎所有CGE细胞都高度表达NR2F1和NR2F2。在这个发育阶段，作者检测到钙通道蛋白2和CCK的表达，这可能代表成人大脑皮层中的一组两极和多极中间神经元。然而，其他经典的CGE衍生中间神经元标记，如RELN和VIP，在作者的数据中几乎没有表达。这些结果表明，在灵长类CGE中，CCK+和CARB2+中间神经元可能比RELN+和VIP+中间神经元更早被指定。