EmAtlas的应用案例
EmAtlas 的一个典型应用是探索潜在的跨物种组织发育调节因子。以胎儿大脑的发育为例。Single Cell Cluster工具显示,神经元是人类和小鼠胎儿大脑的主要细胞类型,其百分比超过80%(上图A)。因此,我们专注于神经元发育,并确定了人和小鼠共有的神经元特异性高变异基因(HVG)。EmRanger分析结果表明,这些HVG主要富集于与神经系统和大脑发育相关的一些生物过程中(上图B)。这些HVG的失调可导致疾病的发生,如多动症、散发性癫痫和异常的脑形态发生。上述分析表明,人和小鼠之间可能存在类似的神经元发育机制,表明将小鼠作为人类神经发育疾病的模型动物是可行的。随后,选择了神经元中特异表达的四个代表性基因(Stmn2、Tuba1a、Gpm6a和Tagln3)(上图C)。Stmn2、Tuba1a和Gpm6a已被证实在早期神经发生和维持神经元形态方面发挥关键作用。
Tagln3在先前的研究中被认为是泛神经元标记,但在神经发育过程中 Tagln3 的时空表达模式和动态表观基因组景观仍然缺乏特征。EmAtlas进一步证明Tagln3在小鼠脑组织中特异性表达,包括前脑、中脑、后脑和神经管,其中神经管的表达水平最高(上图D,E)。值得注意的是,Tagln3在第13.5天在胎儿神经管中达到最大表达水平,然后逐渐下降,直到出生后阶段(上图F)。此外,Tagln3 启动子的高染色质可及性与H3K27ac和H3K4me1的沉积平行,从第11.5天到第15.5天甲基化水平低,在神经管发育过程中显示出明显的表观基因组动力学(上图G)。值得注意的是,H3K27ac 在第13.5天在神经管中显著富集,与第13.5天神经管中Tagln3的高表达水平一致。这些结果表明,Tagln3可能是塑造神经系统早期发育的关键调节因子。
总的来说,EmAtlas 为实验生物学家提供资源和理论指导,以识别潜在的调节因子并破译它们在胚胎发生过程中细胞命运决定中的分子机制。