Axolotls – một mô hình tịnh tiến
Não là một cơ quan phức tạp, bao gồm hàng tỷ tế bào và kết nối nơ-ron tạo thành các mạng lưới phức tạp. Hiểu được tế bào nào đang tích cực tham gia vào các quá trình thần kinh - và gen nào làm nền tảng cho hoạt động này - có thể giúp chúng ta giải mã sự phức tạp này. Chỉ gần đây, những tiến bộ trong giải trình tự tế bào đơn đã làm cho nghiên cứu như vậy trở nên khả thi, cung cấp những hiểu biết sâu sắc về chữ ký phân tử của hàng nghìn tế bào riêng lẻ.
sNuc-Seq là một loại phương pháp giải trình tự đơn bào tập trung vào các hạt nhân bị cô lập, thay vì toàn bộ tế bào, để khám phá gen nào được "bật" hoặc "tắt" một cách hiệu quả. Các nhà nghiên cứu từ phòng thí nghiệm Sinh học Phát triển Định lượng tại ETH Zurich - dẫn đầu bởi Giáo sư Barbara Treutlein - phối hợp với các nhà nghiên cứu từ phòng thí nghiệm của Giáo sư Elly Tanaka tại Viện Bệnh học Phân tử ở Vienna đã sử dụng sNuc-Seq để mô tả các quần thể tế bào thần kinh được tìm thấy trong axolotl forebrain.
Axolotls thường được sử dụng trong nghiên cứu tịnh tiến do khả năng tái tạo chân tay, mô và nhiều cơ quan ấn tượng của chúng - bao gồm cả não. Trong khi bộ não axolotl đã được nghiên cứu và so sánh với các sinh vật khác, nghiên cứu này chủ yếu sử dụng các phương pháp mô học, cung cấp cái nhìn sâu sắc hạn chế. Bằng cách tạo ra một "tập bản đồ" của các tế bào forebrain, Treutlein và các đồng nghiệp nhằm mục đích điều tra sự đa dạng của tế bào và "động lực phân tử" của quá trình phát sinh thần kinh sau chấn thương.
"Chúng tôi đã xác định được các quần thể tế bào thần kinh, ependymoglia và tế bào thần kinh phân bố theo khu vực [...] Chúng tôi phát hiện ra rằng telencephalon axolotl chứa các tế bào thần kinh glutamatergic với những điểm tương đồng phiên mã với các tế bào thần kinh của vùng hải mã rùa và chuột, vỏ lưng và vỏ khứu giác," các tác giả viết trong bài báo.
Sau khi gây thương tích cho não axolotl, nhóm nghiên cứu đã theo dõi phản ứng của tế bào và tìm thấy "trạng thái phiên mã ependymoglia đặc hiệu cho chấn thương" - tức là, một dấu hiệu phân tử đặc biệt trong các tế bào ependumoglial - được đặc trưng bởi sự điều hòa nâng cao quá trình chữa lành vết thương và sự di chuyển của các gen đánh dấu sự khởi đầu của quá trình hình thành thần kinh.
Một loại tế bào thần kinh đệm. Những tế bào này đóng vai trò chức năng trong dịch não tủy (CSF), cân bằng nội môi tế bào thần kinh và chuyển hóa não.
Các tác giả viết: "Các tế bào thần kinh tái tạo thiết lập lại các kết nối trước đây của chúng với các vùng não ở xa, cho thấy khả năng phục hồi chức năng. " Cái nhìn sâu sắc của chúng tôi về cách não axolotl tái tạo có thể thông báo cho các nghiên cứu về tái tạo não ở các sinh vật khác, "họ kết luận.
Reference: Lust K, Maynard A, Gomes T, et al. Single-cell analyses of axolotl telencephalon organization, neurogenesis, and regeneration. Science. 377(6610):eabp9262. doi:10.1126/science.abp9262.
In a new study published in Science, researchers have used single-nucleus sequencing (sNuc-Seq) to characterize the cell populations of the axolotl forebrain, an aquatic salamander that can regenerate brain tissue post-injury.
The brain is a complex organ, comprising billions of cells and neuronal connections that form intricate networks. Understanding which cells are actively engaged in neurological processes – and which genes underpin this activity – can help us to decipher this complexity. It is only recently that advances in single-cell sequencing have made such research possible, providing insights on the molecular signatures of thousands of individual cells.
sNuc-Seq is a type of single-cell sequencing method that focuses on isolated nuclei, rather than whole cells, to explore which genes are effectively “turned on” or “turned off”. Researchers from the Quantitative Developmental Biology lab at ETH Zurich – led by Professor Barbara Treutlein – in collaboration with researchers from Professor Elly Tanaka’s lab at the Institute of Molecular Pathology in Vienna have used sNuc-Seq to characterize the neuronal cell populations found in the axolotl forebrain.
Axolotls are commonly used in translational research due to their impressive ability to regenerate limbs, tissue and multiple organs – including the brain. While the axolotl brain has been studied and compared to other organisms, this research has predominantly used histological approaches, offering limited insight. By creating an “atlas” of the forebrain cells, the Treutlein and colleagues aimed to investigate cellular diversity and the “molecular dynamics” of neurogenesis post-injury.
“We identified regionally distributed neuron, ependymoglia, and neuroblast populations […] We found that the axolotl telencephalon contains glutamatergic neurons with transcriptional similarities to neurons of the turtle and mouse hippocampus, dorsal cortex, and olfactory cortex,” the authors write in the paper.
After inducing injury to the axolotl brain, the research team tracked the cellular response and found “an injury-specific ependymoglia transcriptional state” – i.e., a particular molecular signature in ependumoglial cells – which was characterized by up-regulation of wound healing and the migration of genes that marked the beginning of neurogenesis.
A type of glial cell. These cells play functional roles in cerebrospinal fluid (CSF), neuronal homeostasis and brain metabolism.
“Regenerated neurons re-establish their previous connections to distant brain regions, suggesting potential functional recovery, the authors write. “Our insight into how the axolotl brain regenerates may inform studies of brain regeneration in other organisms,” they conclude.
Reference: Lust K, Maynard A, Gomes T, et al. Single-cell analyses of axolotl telencephalon organization, neurogenesis, and regeneration. Science. 377(6610):eabp9262. doi:10.1126/science.abp9262.
In a new study published in Science, researchers have used single-nucleus sequencing (sNuc-Seq) to characterize the cell populations of the axolotl forebrain, an aquatic salamander that can regenerate brain tissue post-injury.
The brain is a complex organ, comprising billions of cells and neuronal connections that form intricate networks. Understanding which cells are actively engaged in neurological processes – and which genes underpin this activity – can help us to decipher this complexity. It is only recently that advances in single-cell sequencing have made such research possible, providing insights on the molecular signatures of thousands of individual cells.
sNuc-Seq is a type of single-cell sequencing method that focuses on isolated nuclei, rather than whole cells, to explore which genes are effectively “turned on” or “turned off”. Researchers from the Quantitative Developmental Biology lab at ETH Zurich – led by Professor Barbara Treutlein – in collaboration with researchers from Professor Elly Tanaka’s lab at the Institute of Molecular Pathology in Vienna have used sNuc-Seq to characterize the neuronal cell populations found in the axolotl forebrain.
Axolotls are commonly used in translational research due to their impressive ability to regenerate limbs, tissue and multiple organs – including the brain. While the axolotl brain has been studied and compared to other organisms, this research has predominantly used histological approaches, offering limited insight. By creating an “atlas” of the forebrain cells, the Treutlein and colleagues aimed to investigate cellular diversity and the “molecular dynamics” of neurogenesis post-injury.
“We identified regionally distributed neuron, ependymoglia, and neuroblast populations […] We found that the axolotl telencephalon contains glutamatergic neurons with transcriptional similarities to neurons of the turtle and mouse hippocampus, dorsal cortex, and olfactory cortex,” the authors write in the paper.
After inducing injury to the axolotl brain, the research team tracked the cellular response and found “an injury-specific ependymoglia transcriptional state” – i.e., a particular molecular signature in ependumoglial cells – which was characterized by up-regulation of wound healing and the migration of genes that marked the beginning of neurogenesis.
A type of glial cell. These cells play functional roles in cerebrospinal fluid (CSF), neuronal homeostasis and brain metabolism.
“Regenerated neurons re-establish their previous connections to distant brain regions, suggesting potential functional recovery, the authors write. “Our insight into how the axolotl brain regenerates may inform studies of brain regeneration in other organisms,” they conclude.
Reference: Lust K, Maynard A, Gomes T, et al. Single-cell analyses of axolotl telencephalon organization, neurogenesis, and regeneration. Science. 377(6610):eabp9262. doi:10.1126/science.abp9262.
