科学家揭示DNA甲基化如何驱动星形胶质细胞变成干细胞

在最近发表在《自然》杂志上的一项研究中，德国的研究人员研究了健康和缺血(血流受损)成年小鼠大脑中的神经干细胞、其后代和星形胶质细胞的染色质可及性、转录组和甲基化组。他们发现缺血性损伤会诱导星形胶质细胞将其甲基化组修改为干细胞状态，涉及星形胶质细胞特异性基因的甲基化和干细胞相关基因的去甲基化，这一过程依赖于 DNA 甲基转移酶 3 alpha (DNMT3A)。

背景

成人神经发生曾被认为在哺乳动物中是不可能的，现在已知它发生在特定的大脑区域，如齿状回和脑室-脑室下区 (vSVZ)。在小鼠的 vSVZ 中，特殊的星形胶质细胞充当神经干细胞 (NSC)。NSC 分化为过渡扩增祖细胞 (TAP)，后者产生神经母细胞，神经母细胞迁移至嗅球成为神经元，同时还产生各种神经胶质细胞。NSC 在静止和活跃状态之间交替，基因表达谱显示静止 NSC 与纹状体和皮质中的非神经源性星形胶质细胞非常相似。这种相似性提出了这些星形胶质细胞可以被重新编程以产生神经元的可能性，这一过程涉及 DNA 甲基化的动态变化，这是再生医学的一个有希望的途径。

单细胞核糖核酸测序可以详细追踪神经源谱系中基因表达的变化。研究表明，纹状体中的星形胶质细胞可能在受伤后获得神经源性潜能，这为其他星形胶质细胞释放潜在的神经源性能力带来了希望，有助于损伤后的神经修复和再生。在本研究中，研究人员使用单细胞核小体、甲基化组和转录组测序 (scNMT-seq) 来研究 NSC 中的基因表达变化是否由表观遗传改变驱动，特别关注 DNA 甲基化和基因调控之间的相互作用。

关于研究

在本研究中，不同品系的雄性小鼠(包括 C57BL/6N 和 TiCY，年龄为 2 至 4 个月)在双侧颈总动脉闭塞前接受他莫昔芬注射以诱导 NSC 中的 Cre 重组。对分离的脑区进行单细胞悬浮和荧光激活细胞分选，使用特异性抗体标记和分选不同的细胞群。采用微型 scNMT-seq 方案来分析单细胞的转录组和表观基因组。在纹状体细胞中敲除Dnmt3a，并进行免疫组织化学以量化缺血条件下的细胞。该研究还包括神经球测定以评估神经发生潜力。使用 Seurat 和 MethSCAn 工具分析转录组和表观基因组数据。采用统计方法来评估差异甲基化和基因表达，以及转录因子基序富集和基因本体术语识别。