人類細胞圖譜計劃草圖第一版之神經(jīng)系統(tǒng)細胞圖譜的介紹

人類細胞圖譜（Human Cell Atlas， HCA）聯(lián)盟成立于2016年，旨在構建人體每一個細胞的生物圖譜。自2017年發(fā)布白皮書以來，該聯(lián)盟已發(fā)展成為一個擁有102個國家3600多名成員的全球網(wǎng)絡，為18個生物網(wǎng)絡提供數(shù)據(jù)。HCA數(shù)據(jù)門戶網(wǎng)站目前擁有從約9,100名捐贈者收集的約6,200萬個細胞的數(shù)據(jù)。為便于數(shù)據(jù)整合，該聯(lián)盟正在構建18個HCA生物網(wǎng)絡圖譜，如圖1所示。每個網(wǎng)絡整合了與單個組織或器官相關的所有可用HCA數(shù)據(jù)。
 

圖1 18個HCA生物網(wǎng)絡圖譜

迄今為止，HCA研究人員已與其他聯(lián)盟在全球范圍內合作，組裝了來自三個網(wǎng)絡（肺、神經(jīng)系統(tǒng)和眼）的草圖集。今天我們來簡單介紹下神經(jīng)系統(tǒng)生物網(wǎng)絡圖譜（該圖譜主要通過單細胞核RNA測序技術來完成）：

神經(jīng)系統(tǒng)網(wǎng)絡圖譜（Nervous System Network）目前共包含有Human Brain Cell Atlas v1.0和Human Cortical Cell Atlas v1.0兩個數(shù)據(jù)集。涉及19個組織，3.1M個細胞的數(shù)據(jù)（圖2）。

圖 2神經(jīng)系統(tǒng)網(wǎng)絡圖譜

Human Brain Cell Atlas v1.0
Human Brain Cell Atlas v1.0主要針對人類大腦的細胞類型組成進行研究。人類的大腦指導著一系列復雜的行為，從精細的運動技能到抽象的智力和情感。這種廣泛的功能是由一個特別復雜的細胞和電路架構支持的。人類腦細胞圖譜通過利用單細胞核RNA測序系統(tǒng)地調查了三個死后捐獻者的整個成人大腦的細胞。從前腦、中腦和后腦的大約100個解剖部位采集了300多萬個細胞核樣本，識別出30個超簇，461個簇和3313個亞簇。作為對整個人腦進行的首次單細胞轉錄組普查，該圖譜為了解健康和疾病狀態(tài)下人腦的分子多樣性提供了資源。

Human Brain Cell Atlas v1.0可以通過陳-扎克伯格計劃的CELLxGENE應用程序進行可視化和數(shù)據(jù)挖掘（圖3），其中包含：
l 神經(jīng)元和非神經(jīng)元細胞類型
l Supercluster-specific分組
l 根據(jù)Ding等人（2016）的成人人腦解剖參考圖譜本體論進行的腦區(qū)域特異性分組
 

圖3 陳-扎克伯格計劃的CELLxGENE應用程序進行可視化

此外，還支持數(shù)據(jù)下載功能，包括RDS文件和H5ad文件，極大方便研究人員進行數(shù)據(jù)挖掘（圖5）。
 

圖4 Human Brain Cell Atlas v1.0數(shù)據(jù)及下載界面

Human Cortical Cell Atlas v1.0
Human Cortical Cell Atlas v1.0通過單細胞核RNA測序對8個皮層區(qū)域進行了非常詳細的分析，涵蓋了人類新皮層的功能、結構和地形變化范圍。這些區(qū)域包括初級(運動，M1；軀體感覺,S1;聽覺,A1;視覺，V1)和關聯(lián)腦區(qū)(背外側前額葉皮質，具體為額上回Brodmann區(qū)9；前扣帶回皮質；顳中回，MTG；角回（angle gyrus, AnG），橫跨皮質片的頭端到尾端，代表了皮質細胞結構的主要變化。通過單細胞核RNA-seq共檢測了超過100萬個細胞的數(shù)據(jù)。

人類皮質細胞圖譜v1.0通過陳-扎克伯格計劃（Chan Zuckerberg Initiative）的CELLxGENE應用程序進行可視化和數(shù)據(jù)挖掘，其中包含以下有生物學意義的分區(qū)：
l Supercluster-specific分組
l 皮質區(qū)域特異性分組
 

圖5 Human Cortical Cell Atlas v1.0數(shù)據(jù)及下載界面