中研院团队解析胚胎运动神经元细胞图谱 建构运动神经元的「维基百科」

神经元研究图谱是神经科学界的宝贵资源，能帮助研究者进一步探索神经退化性疾病，如脊髓性肌肉萎缩症（spinal muscular atrophy, SMA）、肌萎缩侧索硬化症 （amyotrophic lateral sclerosis, ALS）等，了解为何不同种类的运动神经元会表现出不同的退化程度。近期，由中央研究院分子生物研究所副研究员陈俊安团队透过单细胞RNA定序技术，厘清小鼠胚胎中脊柱运动神经元的转录体（transcriptome）多样性，并完成胚胎运动神经元的单细胞图谱。该研究已於今（2023）年1月发表於《自然通讯》（Nature Communications）期刊。
在过去数十年间，许多研究团队尝试透过对不同的肌肉群进行逆向标记，追踪支配该肌肉的运动神经元。虽然科学家们已成功藉由这种方式得知了脊髓中运动神经元的多样性，但这仅是根据运动神经元的位置与它支配的肌肉进行分类，对於不同种类的运动神经元在基因上会有哪些表现仍所知甚少。过往研究显示，剔除控制运动神经元的特殊转录因子後，该运动神经元会表现出种类、位置转变，以及轴突方向的错乱，显示运动神经元的多样性与功能是由多种内外在的分子机制塑造而成。
研究团队在本次研究中纯化出约一万个运动神经元，针对脊髓运动神经元的多样性进行了大规模的单细胞次世代定序（next generation sequencing, NGS），并深入剖 析发育中的个别运动神经元，系统性的发现各式具特殊基因标记的少见细胞类型，例如他们找出许多只能在胚胎中特定体节观察到的新运动神经元亚型。此外，团队更进一步将控制四肢的运动神经元（lateral motor column, LMC）细分为26个集群，发现过去在运动神经元中不受重视的神经肽（neuropeptide）不仅在支配上肢与下肢的运动神经元中有独特的表现模式，更观察到这26个细胞集群各自表现了独特的神经肽组合密码。
为什麽主要参与神经传导的神经肽会在新生的运动神经元中有如此多样的表现？研究团队推测，神经肽对於运动神经元的多样性以及精确的轴突引导、调节脊髓神经 回路的形成，或是对神经元电生理的差异具有重要的精准调控作用。此外，这项研究也进一步完整分析过往未被重视的躯干运动神经元多样性，并发现这些运动神经 元可以再被细分为三个具有独特转录因子的不同亚型，向不同的神经分支延伸轴突以支配不同的肌群。
另一项研究重点则是关於躯干运动神经元控制着核心肌群的收缩，它支配的核心肌群在水生和陆生脊椎动物物种之间，也参与了截然不同的运动行为。水生与陆生脊 椎动物物种在演化过程中，究竟如何衍伸出新的躯干运动神经元多样性，才得以配合牠们的生长环境并表现出运动行为差异，也将是团队未来的研究方向之一。
研究团队表示，本次解析出的神经元图谱就像是提供了一个「运动神经元亚型转录体的维基百科」。科学家能藉此探究不同种类的运动神经元，也可以深入剖析不同类运动神经元之间的基因表现差异，并检验这些基因差异在不同物种间的演化保留程度。此外，这份图谱也将有助於科学家进行运动神经元亚型多样性的跨物种验 证，以及探索脊索动物由水域走向陆地过程中运动行为如何转变等议题。
新闻来源
中央研究院（2023年1月5日）。运动神经元的维基百科－以单细胞定序 技术完整解构胚胎运动神经元的细胞图谱。中央研究院。https://www. sinica.edu.tw/ch/news/7439