圖 1

2. snRNA-seq揭示α-syn-A53T中腦轉(zhuǎn)錄組學異質(zhì)性
根據(jù)α-syn-A53T和WT的不同樣本，將同一簇的細胞分裂（圖2A）。中腦中的所有細胞類型在兩個樣本中都是共享的。盡管如此，人們發(fā)現(xiàn)還有另一個細胞簇，定義為與PD相關(guān)的細胞（MB_AP），僅出現(xiàn)在α-syn-A53T中腦（圖2A），不表達任何已知的細胞標志物（圖1C）。據(jù)推測，MB_AP是一組受α-syn基因敲入影響的細胞，由中腦內(nèi)不同類型的細胞組成。由于在敲入基因的影響下，一些相似的細胞進程發(fā)生了變化，細胞表達了相似的特征并聚集在一起。為了確保差異表達基因（DEGs）的統(tǒng)計能力，我們排除了α-syn-A53T或WT中少于三個細胞的細胞類型。在大多數(shù)細胞類型中，α-syn-AP3T和WT之間存在大規(guī)模的轉(zhuǎn)錄改變。在中腦中總共鑒定出2045個上調(diào)的DEGs和496個下調(diào)的DEGs（圖2B；表S3），細胞類型特異性基因的表達譜如圖2C所示。
 

圖 2

3. α-syn-A53T紋狀體基因表達的改變
根據(jù)α-syn-A53T和WT的兩個不同樣本對紋狀體細胞進行分裂（圖3A），在紋狀體中鑒定出641個上調(diào)的DEGs和4608個下調(diào)的DEGs（圖3B）。紋狀體中細胞類型特異性基因的表達譜如圖3C所示，其中紋狀體中細胞對選定DEGs的表達是特異的（圖3D）。具體來說，根據(jù)D1型（DRD1）和D2型受體（DRD2）的表達，紋狀體MSNs可以進一步分為兩類已知的MSNs。我們鑒定出D1型M-SN和D2型MSNs分別高度表達Drd1、Tac1和Drd2、Penk（表S2）。ST_GABA可以進一步分為已知的亞群，包括Npy+Sst+（C2_SOM-1、C4_SOM-2、C8_SOM-3）、Vip+（C6_Vip）、Pvalb+（C1_Pvalb）、Th+（C7_Th）和Cck+（C5_Cck）（圖3E和3F）。除此之外，我們注意到C0和C3分別高度表達Foxp2和Igfbp4，這可能負責紋狀體中的特定功能（圖3E和3F）。ST_IMN的特征是未成熟神經(jīng)元標記物的不同表達，如Dcx（圖S2B）。在α-syn-A53T中上調(diào)的所有DEGs中，近三分之二在多種細胞類型中上調(diào)（圖3G），表明由于突變體Snca的插入，紋狀體中不同細胞類型的基因表達變化具有一定的相似性。
 

圖 3

4. α-syn-A53T小腦基因表達的改變
在小腦中，根據(jù)經(jīng)典的神經(jīng)元標記物鑒定出GABA能神經(jīng)元、谷氨酸能神經(jīng)元浦肯野細胞、顆粒細胞和神經(jīng)膠質(zhì)細胞（圖4A和4B）。特別是在CB_AST中，除了經(jīng)典的AST標記Slc1a3和Aqp4外，Bergmann膠質(zhì)細胞還被鑒定為Gdf10的高表達（圖4C和4D）。通過差異基因分析，我們在小腦中鑒定出1636個上調(diào)的DEGs和233個下調(diào)的DEGs（圖4E和4F；表S3），與紋狀體相比，其中大多數(shù)DEGs對單一細胞類型具有特異性（圖4G）。
 

圖 4

5. 與帕金森病密切相關(guān)的細胞類型的鑒定
接下來，我們試圖找到對PD進展有顯著影響的特定細胞類型。為了實現(xiàn)這一目標，使用從DisGeNET檢索的PD風險基因進行了過度代表性分析（Piñero等人，2017）。由于AST已被深入報道通過將α-syn轉(zhuǎn)移到多巴胺能神經(jīng)元來促進PD進展，我們接下來檢查了AST的富集水平，發(fā)現(xiàn)PD風險基因在中腦和紋狀體AST群體中富集（包括MB_AST、ST_AST_1、ST_ATS_2），但在小腦中不富集（圖5A）。中腦和紋狀體中的少突膠質(zhì)細胞譜系（MB_OLG、MB_OPC、S_OLG_1、ST-OLG_2、ST-OPC和CB_OLG）在PD病理中起著模糊的作用，在不同程度上顯示出PD風險基因的強烈富集，這表明可能存在導致PD早期發(fā)生和發(fā)展的未經(jīng)探索的線索。具體來說，ST_OLG_1的富集度得分為5.23，其次是ST_OPC的4.29，ST_OLG_2的4.01，MB_OLG的3.73，MB_OPC的1.85，CB_OLG的1.34(圖5A）。盡管如此，只有2種小腦細胞類型（CB_GABA、CB_OLG）富集了PD風險基因，這與先前的知識一致，因為小腦直到Braak V期才受到嚴重影響（Poewe等人，2017）。

Fig 5.

參考文獻：
[1] Zhong J , Tang G , Zhu J ,et al.Single cell brain atlas of Parkinson's disease mouse model[J].Journal of Genetics and Genomics, 2021, 48(4).DOI:10.1016/j.jgg.2021.01.003.