Nature ：一个家族的蛋白定义了神经系统的118种细胞类型学术资讯

来源：iNature

2020年8月19日，美国哥伦比亚大学Oliver Hobert团队在Nature 在线发表题为“Unique homeobox codes delineate all the neuron classes of C. elegans”的研究论文，该研究通过检查秀丽隐杆线虫基因组编码的所有保守Homeodomain蛋白的表达，可以通过Homeodomain蛋白表达的独特组合分别描述完整的118种秀丽隐杆线虫类神经元。

该研究提供了目前最简单的神经元多样性描述符。

计算和遗传功能丧失分析证实了Homeodomain蛋白不仅提供神经元类型的独特描述，而且在指定神经元身份方面也起着关键作用。

该研究推测在定义独特的神经元身份中Homeobox基因的广泛使用反映了神经元细胞类型规范的进化历史。

将神经元分为不同的类型是了解神经系统的进化，发育和功能的逻辑的重要一步。

传统上，神经元类型的分类依赖于解剖学特征，后来又扩展到包括电生理特征和最终的分子标记物。

高通量转录组图谱分析（包括单细胞测序）的出现，加深了我们对许多不同动物物种中神经元细胞类型的复杂性的认识，从非常简单的到非常复杂的（例如哺乳动物）。

神经元类型的分子分类提出了许多问题，包括是否存在神经元同一性的最小描述子，即是否存在足以捕获所有神经元细胞类型的全部复杂性的分子特征的特定子集。

细胞身份只能通过它们许多不同类型基因的组合表达来描述。

另外，从发展的角度来看，关于如何在分化过程中遗传指定表征单个神经元类型的分子标记还有许多问题。

线虫中的Homeobox基因家族(图源自Nature )由Homeobox基因编码的Homeodomain转录因子已经成为这些问题的可能答案。

在许多生物体中的功能丧失研究已经证明了这些转录因子在神经元细胞类型规范中的重要性。例如，在秀丽隐杆线虫中，在无偏突变筛选后定位克隆的第一个神经元特异性基因是同源盒基因（mec-3，unc-4，unc-30和unc-86）。随后的突变分析表明，许多其他Homeobox基因控制线虫中的神经元身份。

Homeobox基因也已成为其他生物中神经元身份的指定者，并且最近对小鼠中枢神经系统许多区域的单细胞分析表明，Homeobox基因是最好的基因家族区分中枢神经系统的神经元类别。通过对小鼠中179种不同的，经遗传和解剖学鉴定的细胞群体进行大量测序，揭示了对Homeobox表达的类似区分力，尤其是不同Homeobox基因的组合表达。

果蝇视觉系统和腹侧腹神经线的转录组分析还显示，与编码其他类型转录因子的基因相比，Homeobox基因显示出更具区分性的表达谱]。

然而，由于小鼠和果蝇神经系统的复杂性，以及所导致的所有神经元细胞类型的不完全覆盖，这些先前的研究未能检验Homeobox基因表达可能唯一地识别小鼠体内每种神经细胞类型的可能性。

对于该研究，通过检查秀丽隐杆线虫基因组编码的所有保守Homeodomain蛋白的表达，可以通过Homeodomain蛋白表达的独特组合分别描述完整的118种秀丽隐杆线虫类神经元。

该研究提供了目前最简单的神经元多样性描述符。

计算和遗传功能丧失分析证实了Homeodomain蛋白不仅提供神经元类型的独特描述，而且在指定神经元身份方面也起着关键作用。

该研究推测在定义独特的神经元身份中Homeobox基因的广泛使用反映了神经元细胞类型规范的进化历史。