JP7229538B2 - 薬物標的を特定するための細胞型特異的プロファイリング方法 - Google Patents

薬物標的を特定するための細胞型特異的プロファイリング方法 Download PDF

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Description

関連出願の相互参照
本出願は、2017年2月10日出願の米国仮特許出願第62/457,420号、および2017年9月14日出願の同第62/558,396号の優先権を主張するものであり、これらのそれぞれは、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
配列表
本出願は、「長い」配列表を含み、これは、紙の印刷物の代わりにCD-Rにより提出されており、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。このCD-Rは、新規に出願された主題の一部として、次の配列表テキストファイルを含む:ファイル名:2111_1000PCT_SL.txt;ファイルサイズ:123,473,920バイト;作成日付:2018年2月9日。これらのCD-Rは、それぞれ「CRF」、「コピー1」および「コピー2」と標識され、それぞれ、すぐ上の文で記載の1個の同一ファイルのみを含む。各CD-Rの機械可読フォーマットは、IBM-PCフォーマットであり、各コンパクトディスクのオペレーティングシステムは、マイクロソフト-ウィンドウズである。
発明の分野
本発明は、薬物標的を特定するための、単一細胞型由来の複数の核の遺伝子およびタンパク質発現のプロファイリングに関する。
哺乳動物の中枢神経系(CNS)は、数百の異なる入り混ざった細胞型を含む複雑な器官である。特定の細胞型を遺伝子標的とする(Gong,et al.(2003)Nature 425,917-925)および分子プロファイリングする(Heiman,et al.(2008)Cell 135,738-748)能力は、一世紀以上前のラモン・イ・カハルの基盤研究(Ramon y Cajal,S.,et al.(1899).Texture of the Nervous System of Man and the Vertebrates(Wein New York:Springer))で発見された哺乳動物脳の本質的な特徴に対する洞察を可能とし始めている。それぞれの解剖学的に別々の、古典的に定義された細胞型は、一連の特徴的遺伝子を発現し(Dougherty,et al.(2010)Nucleic Acids Res 38,4218-4230 and Doyle,et al.(2008)Cell 135,749-762)、これらの遺伝子は、特殊な細胞機能に不可欠の特性を付与する(Kim,I.-J.,et al.(2008)Nature 452,478-482;Nakajima,M.,et al.(2014)Cell 159,295-305)。これらの遺伝子の発現は、核機能を組織化する細胞特異的エピジェネティック状態の維持に依存する(Kriaucionis,et al.(2009)Science 324,929-930;Mellen,et al.(2012)Cell 151,1417-1430)。また、マウスモデルにおける本プロファイリング技術の適用により、環境の影響(Heiman,et al.(2008)Cell 135,738-748;Shrestha,et al.(2015)eLife 4,289)、内部の生理学的きっかけ(Schmidt,et al.(2012)Cell 149,1152-1163)、および遺伝子障害を引き起こす疾患(Fyffe,et al.(2008)Neuron 59,947-958;Ingram,et al.(2016)Neuron 89,1194-1207)が影響を受けた細胞型の遺伝子発現を変えるという認識に至った。実験系の進捗のペースにもかかわらず、ヒト脳の複雑さという基本的な問題は、未解決のまま残されている。例えば、どの程度多くの別々の細胞型がヒト脳中に存在するのか、これらの細胞型は、個体間または種間で、どのように変化するのか、脳老化の過程は、細胞型間で同等であるのかどうか、および広範に発現している遺伝子の変異がなぜに1つのまたは少数の選択細胞型で壊滅的な結果になり得るのかは、明らかになっていない。
精神的および神経変性疾患に冒された回路に関する多くの情報が存在するが、これらの回路を特異的に調節する能力は、回路のニューロン中に限って見出される標的の知識を必要とする。
翻訳リボソーム親和性精製法(TRAP)と呼ばれる方法は、目的の細胞型中で発現した全ての遺伝子の特定を可能とするように以前に開発された。TRAPプロファイリング研究は、臨床試験が行われているいくつかの薬物の開発に繋がった。TRAP技術は、いくつかの薬物開発を可能としたが、TRAPの主たる制限は、標的特定が最初に、遺伝子導入マウスを用いて実施されることである。マウスおよびヒトは類似しているが、2つの種のCNS回路の既知の差異が存在し、また、オルソロガス細胞型間の遺伝子発現の差異も同様に存在する可能性がある。さらに、特定の細胞中で、どのくらい多くの遺伝子発現が、個別の対象間で変化するのか、およびこれらの差異が発病または治療に対する反応に影響を与えるのかどうかについては明らかになっていない。TRAPでは、BACベクターを使って、遺伝子導入マウス株が作製される。Doyle et al.,Cell,135:749-762(2008)and Heiman et al.,Cell,135:738-748(2008)を参照されたい。この文献は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。このため、この方法は、bacTRAPと呼ばれる。
本方法では、EGFP-L10aリボソーム融合タンパク質が目的の細胞型、例えば、プルキンエ細胞を標的にする。親和性精製は、Heiman et al.に示されたように、抗EGFPコート磁気ビーズを用いて、細胞特異的ポリソームRNAに対し実施される。マイクロアレイを使って、精製試料を分析してもよい。BACは、ロックフェラー大学のDr.Nathaniel Heintzにより開発された遺伝子発現神経系地図(GENSAT)プロジェクト(www.gensat.org)から選択される場合が多い。場合によっては、導入遺伝子は、2種以上の細胞型で発現され得る。例えば、Doyle et al.の免疫蛍光法は、EGFP-L10aが、小脳分子層Pvalbの陽性およびNeuN陰性両方の介在ニューロン中で発現することを示し、これは、星状細胞およびバスケット細胞の両方が標的とされた証拠である。mRNAは免疫沈降され、ゲノムワイド転写プロファイリングがmRNA試料に対し実施される。これらの結果、非免疫沈降試料のプロファイリングと比較して、細胞型特異的なマーカーが特定された。
より効率的で特異的な薬物を開発するためには、遺伝子導入マウスではなく、ヒトおよびヒト組織から直接に候補標的が特定される必要があり、これらの標的が個体間で変化する程度が決定される必要がある。したがって、野性型動物およびヒトにおいて、一定の細胞型の分子的研究を可能にする一般化可能な方法を開発することに対する長年にわたるニーズがある。さらに、モデル系における神経細胞型および回路の特異的特徴の発見を補完し、ヒト神経系の潜在的な特有の性質に対する洞察力を得るために、非遺伝的技術が必要である。
本明細書の本発明の種々の実施形態は、核の遺伝子発現のプロファイリング方法を提供し、該方法は、複数の細胞型を含む組織試料を処理して核を露出させること;処理組織試料を、組織試料中に含まれる少なくとも1つの細胞型の核に特有の、表19~24から選択される遺伝子によりコードされる核酸転写物またはタンパク質に結合する親和標識と接触させることにより、処理組織試料由来の少なくとも1つの核を標識すること;少なくとも1つの標識された核を精製すること;および標識された核に対する核酸転写物および/またはタンパク質発現データを収集し、それにより、核の遺伝子発現をプロファイリングすることを含む。
いくつかの実施形態では、細胞型は、小脳組織に起源を持ち、顆粒細胞、プルキンエ細胞、グリア、バーグマングリア、ドーパミン作動性神経、バスケット/星状細胞、星状膠細胞、脳幹運動ニューロン、乏突起膠細胞、上位運動ニューロン、下位運動ニューロン、および小脳深部核からなる群より選択される。いくつかの実施形態では、タンパク質は、核内に局在化した転写因子である。いくつかの実施形態では、細胞型は、大脳基底核組織に起源を持ち、線条体黒質系中型有棘ニューロン(MSN)、線条体淡蒼球系MSN、線条体コリン作動性介在ニューロン、視床下核、ドーパミン作動性神経、および分界条床核(BNST)ニューロンからなる群より選択される。いくつかの実施形態では、細胞型は、視床組織に起源を持ち、視床皮質ニューロン、視床線条体ニューロン、および視床網様核ニューロンからなる群より選択される。いくつかの実施形態では、細胞型は、皮質組織に起源を持ち、皮質線条体ニューロン、嗅内皮質層2/3ニューロン、高速発火型皮質介在ニューロン、および前頭前野皮質組織由来の層2/3錐体細胞からなる群より選択される。細胞型は、松果体の内側手綱組織由来コリン作動神経系投射ニューロンである。いくつかの実施形態では、細胞型は、海馬組織に起源を持ち、アンモン角領域1(CA1)、アンモン角領域2(CA2)、アンモン角領域3(CA3)、および歯状回細胞からなる群より選択される。いくつかの実施形態では、細胞型は、脳組織、脳幹組織、および脊髄組織からなる群より選択される少なくとも1つの組織に起源を持つ。
本明細書で記載の本発明の種々の実施形態は、顆粒細胞を単離する方法を提供し、該方法は、複数の細胞型を含む組織試料を処理して核を露出させること;処理組織試料を、遺伝子Itpr、NeuN、Cdh15、Calb2、Rbfox3、Neurod1、およびRelnの内の1つによりコードされる、顆粒細胞の核に特有の核酸転写物またはタンパク質に結合する少なくとも1つの親和標識と接触させることにより、処理組織試料から核を単離すること;および少なくとも1つの標識された核を精製することを含む。いくつかの実施形態では、少なくとも1つの標識された核は、Olig2によりコードされる核酸転写物を含まない。
本明細書で記載の本発明の種々の実施形態は、プルキンエ細胞を単離する方法を提供し、該方法は、複数の細胞型を含む組織試料を処理して核を露出させること;処理組織試料を、遺伝子Pcp2、Pvalb、Cabl1、およびItpr1の内の1つによりコードされる核酸転写物またはタンパク質に結合する親和標識と接触させることにより、処理組織試料から核を単離すること;および少なくとも1つの標識された核を精製することを含む。
本明細書で記載の本発明の種々の実施形態は、プルキンエ細胞を単離する方法を提供し、該方法は、複数の細胞型を含む組織試料を処理して核を露出させること;処理組織試料を、遺伝子Lypd6、Pvalb、Kit、NeuN、Itpr、およびSorcs3の内の1つによりコードされる核酸転写物またはタンパク質に結合する親和標識と接触させることにより、処理組織試料から核を単離すること;および少なくとも1つの標識された核を精製することを含む。
本明細書で記載の本発明の種々の実施形態は、星状膠細胞および乏突起膠細胞を単離する方法を提供し、該方法は、複数の細胞型を含む組織試料を処理して核を露出させること;処理組織試料を、遺伝子Olig2、Pdga、Cspg4、Mag、Mbp、およびMogの内の1つによりコードされる核酸転写物またはタンパク質に結合する親和標識と接触させることにより、処理組織試料から核を単離すること;および少なくとも1つの標識された核を精製することを含む。
本明細書で記載の本発明の種々の実施形態は、星状膠細胞を単離する方法を提供し、該方法は、複数の細胞型を含む組織試料を処理して核を露出させること;処理組織試料を、遺伝子Aldh1a1、Gfap、S110bおよびSlc1a3の内の1つによりコードされる核酸転写物またはタンパク質に結合する親和標識と接触させることにより、処理組織試料から核を単離すること;および少なくとも1つの標識された核を精製することを含む。
本明細書で記載の本発明の種々の実施形態は、バスケット細胞を単離する方法を提供し、該方法は、複数の細胞型を含む組織試料を処理して核を露出させること;処理組織試料を、Sorcs3およびNeuNによりコードされる核酸転写物またはタンパク質に結合する少なくとも1つの親和標識と接触させることにより、処理組織試料から核を単離することであって、核酸転写物またはタンパク質の組み合わせがSorcs3によりコードされ、バスケット細胞の核に特有であること;および少なくとも1つの標識された核を精製することを含む。
本明細書で記載の本発明の種々の実施形態は、ドーパミン作動性神経を単離する方法を提供し、該方法は、複数の細胞型を含む組織試料を処理して核を露出させること;処理組織試料を、遺伝子FoxA1、Slc6a3、TH、FoxA2、またはDrd2によりコードされる、ドーパミン作動性神経の核に特有の核酸転写物またはタンパク質に結合する少なくとも1つの親和標識と接触させることにより、処理組織試料から核を単離すること;および少なくとも1つの標識された核を精製することを含む。
本明細書で記載の本発明の種々の実施形態は、脳幹運動ニューロンを単離する方法を提供し、該方法は、複数の細胞型を含む組織試料を処理して核を露出させること;処理組織試料を、遺伝子VaChTまたはErrBによりコードされる、脳幹運動ニューロンの核に特有の核酸転写物またはタンパク質に結合する少なくとも1つの親和標識と接触させることにより、処理組織試料から核を単離すること;および少なくとも1つの標識された核を精製することを含む。
いくつかの実施形態では、親和標識は、抗体、RNAプローブ、およびDNAプローブからなる群より選択される。いくつかの実施形態では、方法は、標識された核に対する核酸転写物および/またはタンパク質転写物データを収集し、それにより、核の遺伝子発現をプロファイリングすることをさらに含む。いくつかの実施形態では、方法は、その核での遺伝子発現と、異なる組織試料由来の細胞型の少なくとも1つの核での遺伝子発現とを比較して、遺伝子発現の変化を特定することにより薬物標的を得ることをさらに含む。あるいは、いくつかの実施形態では、方法は、その核での遺伝子発現と、異なる細胞型の少なくとも1つの核での遺伝子発現とを比較して、遺伝子発現の変化を特定することにより薬物標的を得ることをさらに含む。
いくつかの実施形態では、親和標識は、蛍光タグをさらに含む。いくつかの実施形態では、核の精製は、蛍光標識細胞分取(FACS)により実施される。いくつかの実施形態では、組織試料は、哺乳動物由来である。いくつかの実施形態では、哺乳動物は、マウス、ヒト、ラット、および別の非ヒト霊長類からなる群より選択される。いくつかの実施形態では、組織試料または異なる組織試料は、核の単離の前に凍結された。いくつかの実施形態では、組織試料または異なる組織試料は、核の単離の前に未使用であった。いくつかの実施形態では、組織試料または異なる組織試料は、雌由来である。いくつかの実施形態では、組織試料または異なる組織試料は、雄由来である。いつかの実施形態では、核は、小胞体に隣接している。いくつかの実施形態では、タンパク質は、膜タンパク質である。いくつかの実施形態では、膜タンパク質は、小胞体中で合成される。いくつかの実施形態では、タンパク質は、小胞体中に局在化している。いくつかの実施形態では、核酸転写物は、核中に局在化している。いくつかの実施形態では、RNAプローブは、染色体関連転写物(CAT)またはポリA転写物に特異的に結合する。いくつかの実施形態では、DNAプローブは、トランスポーター遺伝子に特異的に結合する。いくつかの実施形態では、親和標識は、2つ以上の抗体、RNAプローブ、またはDNAプローブである。いくつかの実施形態では、各親和標識は、異なる因子に結合する。いくつかの実施形態では、2つ以上の抗体、RNAプローブ、またはDNAプローブは、同じ因子に結合する。
いくつかの実施形態では、組織試料は、死後のものである。いくつかの実施形態では、組織試料または異なる組織試料は、病気の対象由来である。いくつかの実施形態では、組織試料または異なる組織試料は、健康な対象由来である。いくつかの実施形態では、病気の対象は、運動失調、パーキンソン病、アルツハイマー病、および筋萎縮性側索硬化症(ALS)、ならびにハンチントン病からなる群より選択される少なくとも1つの状態に罹患している。いくつかの実施形態では、細胞型は、運動失調に関連し、プルキンエ細胞、顆粒細胞、バーグマングリア、バスケット/星状細胞、星状膠細胞、乏突起膠細胞、および小脳深部核からなる群より選択される。いくつかの実施形態では、細胞型は、パーキンソン病に関連し、黒質およびVTAドーパミン作動性神経からなる群より選択される。いくつかの実施形態では、細胞型は、アルツハイマー病に関連し、層2/3嗅内皮質、CA1海馬、およびCA2/3海馬から選択される。いくつかの実施形態では、細胞型は、ALSに関連し、脳幹、皮質運動ニューロン、および脊髄運動ニューロンからなる群より選択される。いくつかの実施形態では、病気の対象は、疾患表現型を発現している。いくつかの実施形態では、病気の対象は、疾患表現型を発現していない。いくつかの実施形態では、方法は、病気の対象由来の組織試料と、健康な対象由来の組織試料のプロファイリングを比較することをさらに含む。いくつかの実施形態では、方法は、少なくとも2人の異なる健康な対象由来の組織試料のプロファイリングを比較することをさらに含む。いくつかの実施形態では、方法は、疾患表現型を発現している病気の対象由来の組織試料のプロファイリングと、疾患表現型を発現していない病気の対象由来の組織試料のプロファイリングとを比較することにより、疾患ステージ間の変化を特定することをさらに含む。
いくつかの実施形態では、方法は、単一細胞型由来の複数の核に対し行われた遺伝子発現のプロファイリングをさらに含む。いくつかの実施形態では、方法は、異なる細胞型由来の複数の核に対し行われた遺伝子発現のプロファイリングをさらに含む。いくつかの実施形態では、方法は、2つ以上の、異なる対象由来の組織試料のプロファイリングを比較することにより、異なる対象間の変化を特定することをさらに含む。いくつかの実施形態では、薬物標的は、表19~24から選択される遺伝子によりコードされる。
本明細書で記載の本発明の種々の実施形態は、核のエピジェネティック発現のプロファイリング方法を提供し、該方法は、複数の細胞型を含む組織試料を処理して核を露出させること;処理組織を、少なくとも1つの細胞型に特有の因子に結合する親和標識と接触させることにより、処理組織試料から核を単離することであって、親和標識が抗体、RNAプローブ、およびDNAプローブからなる群より選択されること;少なくとも1つの標識された核を精製すること;およびヒストン修飾、転写因子の結合、および核に対するDNA修飾に関する情報を収集し、それにより、エピジェネティック発現をプロファイリングすることを含む。
本明細書で記載の本発明の種々の実施形態は、核の核構造のプロファイリング方法を提供し、該方法は、複数の細胞型を含む組織試料を処理して核を露出させること;処理組織を、少なくとも1つの細胞型に特有の因子に結合する親和標識と接触させることにより、処理組織試料から核を単離することであって、親和標識が抗体、RNAプローブ、およびDNAプローブからなる群より選択されること;少なくとも1つの標識された核を精製すること;および標識された核の染色体構造に関する情報を収集し、それにより、核構造をプロファイリングすることを含む。
本明細書で記載の本発明の種々の実施形態は、核の核構造のプロファイリング方法を提供し、該方法は、複数の細胞型を含む組織試料を処理して核を露出させること;処理組織を、少なくとも1つの細胞型に特有の因子に結合する親和標識と接触させることにより、処理組織試料から核を単離することであって、親和標識が抗体であること;核からgDNAを単離すること;酸化的亜硫酸水素塩配列決定(oxidative bisulfite sequencing)を実施すること;および標識された核に対する染色体構造を収集し、それにより、核構造をプロファイリングすることを含む。
本明細書で記載の本発明の種々の実施形態は、単一細胞型から核を単離する方法を提供し、該方法は、複数の細胞型を含む組織試料を処理して核を露出させること;処理組織試料を、核酸転写物および/またはタンパク質の細胞型に対する特有の組み合わせに特異的な3つ以上の親和標識と接触させることにより、処理組織試料から核を単離することであって、各親和標識は、配列番号1~28,815から選択される配列を含む核酸転写物に特異的に結合すること、または親和標識は、配列番号28,816~38,643から選択されるアミノ酸配列を含むタンパク質に特異的に結合すること;および少なくとも1つの標識された核を精製し、それにより、細胞型由来の核を単離することを含む。
本明細書に記載の細胞プロファイリング技術で使用し得る選別方法の実施形態を示す。「A」は、目的の細胞型の核を表し、「B」は、別の細胞型の核を表す。 Itpr1およびNeuNを用いた、小脳由来の3つの細胞型のフローサイトメトリー選別結果を示す。Itpr1とNeuNの組み合わせを用いて、3つの集団:プルキンエ細胞、顆粒細胞、およびグリアを単離した。x軸はItpr1であり、y軸はNeuNである。Itpr1+集団は、プルキンエ細胞の核であり、NeuN+集団は、グリアの核であった。NeuN+/Itpr1-核(最大群)は、顆粒細胞を表す。 遺伝子導入動物由来のプルキンエ核RNAの選別(GFP選別)と、Itpr1+核とを比較したRNAseqデータ由来の遺伝子発現プロファイリングを示す。Pcp4は、プルキンエマーカーであり(小脳無選別核に比べて、選別プルキンエ核中に濃縮されている)、Calb2は、顆粒細胞マーカーである(プルキンエに比べて無選別核中に濃縮されている)。 ドーパミン作動性神経核の核染色および選別のフローサイトメトリー選別結果を示す。 無選別中脳核と、選別ドーパミン作動性由来のRNAseqの記録の比較を示す。 マウス、ラット、およびヒトの種特異的および細胞型特異的差異を明らかにする、3つの記録-顆粒細胞由来の核RNAレベル、全小脳由来の細胞質RNAレベル、および全小脳からのATACseq DNAアクセシビリティ-を示すゲノムブラウザの図である。 2つの異なるヒト対象由来の核のフローサイトメトリー選別結果を示す。 前方散乱光(FSC)および側方散乱光(SSC)の組み合わせにより核のサイズを近似するフローサイトメトリー選別結果を示す。 ヒト小脳核に対する4種の異なる染色方法のフローサイトメトリー結果を示す。 異なる個体に対する細胞型内および細胞型間のペアワイズピアソン相関係数を示すボックスプロットである。 各試料の細胞型および種別に分類されるペアワイズピアソン相関係数を示すドットプロットである。 5~約25時間の自己融解時間中の顆粒、バスケット、およびグリア細胞中のFosBの発現の変化を示すグラフである。 3種の細胞型に特異的な、加齢による発現低下遺伝子の経年的遺伝子発現を示す散布図である。図11Aは、Aqp7の結果を示す。図11Bは、Asic1の結果を示し、および図11Cは、Robo2の結果を示す。 Fos+およびFos-個体中の3種の細胞型間の3つの個体におけるストレス応答および前初期遺伝子の発現を示す。遺伝子記録は、3つのFos+および3つの年齢および性適合Fos-個体からの併合発現を示す。 顆粒細胞、星状細胞、およびグリア中のfos遺伝子および前初期遺伝子の遺伝子発現を示す。 これらの細胞中の長期ストレス応答遺伝子の遺伝子発現を示す。 より長期ストレスのマーカーとは別の、グリア中の、活性化星状膠細胞マーカーGFAP、S100B、エキスポーチン1(Xpo1、ロイシンリッチ核外移行シグナル(Nes)としても知られる)、およびMusashi RNA結合タンパク質1(Msi1)などのストレス関連遺伝子の発現を示す。 細胞型特異的染色体関連転写物(CAT)のRNAseqデータを示す。
I.緒言
複雑な組織は、多くの細胞型からできている。これまで、翻訳リボソーム親和性精製(TRAP)法が、単一組織中の多様な細胞型の分子サインを特定するために使用されてきた。TRAP法は、遺伝子導入動物の使用を必要とし、このことが、多くの難題をもたらしている。例えば、一部の疾患モデルは、動物として育種するのが困難であり、さらに、動物モデルは必ずしもヒトニューロンに対する影響などのヒト疾患の全ての側面を再現するとは限らない。さらに、加齢の研究を行う場合には、特定の遺伝子導入系統を数年間にわたり維持することが必要となる。加えて、TRAP法は、正確な分析のためには、高品質のRNAを含む新しい試料を必要とする。
遺伝子による標的細胞型の分子特性の決定は、マウス脳機能および機能障害への基本的な洞察をもたらした。本明細書に記載の細胞プロファイリング技術の実施形態は、各細胞型または状態に対するマーカーを特定することを目的とした、徹底的で再現可能な遺伝子発現の研究のための、多様な種中の特定の細胞型における遺伝子発現事象の探索方法を提供する。本明細書では、マウス、ラット、およびヒトニューロンおよびグリアに対する結果が示され、相同ヒト細胞型の特徴が明らかにされている。古典的に定義された相同ニューロンおよびグリア細胞型は、数百のオルソロガス、細胞特異的遺伝子の発現により、げっ歯類とヒトとの間で異なることが示されている。エピジェネティックマッピング、RNAseq、定量的PCR、および免疫蛍光法局在化の組み合わせを用いて、これらの遺伝子が差次的に活性であるという証拠が得られた。16人のヒト死後脳に研究は、加齢に対する細胞特異的分子応答を示した。ヒトニューロンおよびグリアの加齢に対する応答は、細胞型特異的であることが観察され、また、死後ヒト脳組織の分析は、16人のドナーの内の3人により経験された未知の外部事象に対する共通の、堅牢な応答の誘導も明らかにした。本明細書に記載の組成物および方法は、多種多様のヒト状態における特定の経路および細胞型に関連する特有の分子事象の分析のための包括的手法を構築する。
ヒトゲノム配列決定および分析の技術における最近の進歩により、ヒト精神疾患および神経疾患の複雑な遺伝的原因に関する知識が増大してきた(Burguiere,et al.(2015)Curr Opin Neurobiol 30,59-65;Hinz,F.I.,et al.(2017).Molecular Genetics of Neurodegenerative Dementias.PubMed-NCBI.Cold Spring Harb Perspect Biol 9,a023705;Vorstman,et al.(2017)Nat Rev Genet 18,362-376、これらのそれぞれは、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる)。いくつかの事例では、マウスゲノム中の原因となる変異の再現は、障害の分子的機序の研究にとって充分に正確な実験モデルをもたらし(Lombardi,et al.(2015)J.Clin.Invest.125,2914-2923;Lyst,et al.(2015).Nat Rev Genet 16,261-275;Orr,H.T.(2012)J.Cell Biol.197,167-177、これらのそれぞれは、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる)、また、これらのモデルにより、疾患の予想外の特徴の発見がもたらされた(Guy,al.(2007)Science 315,1143-1147、この文献は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる)。他の事例では、情報価値のある動物モデルは、捕らえどころがない状態のままであり(Lavin,M.F.(2013).DNA Repair 12,612-619、この文献は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる)、疾患の分子機序の研究は困難なまま残されている(Biton,et al.(2008)DNA Repair 7,1028-1038;Medina,M.,et al.(2014)Front.Pharmacol.5,270、この文献は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる)。
本明細書に記載の細胞プロファイリング技術の開発の前に、ヒトの特定の細胞型のゲノム全体でのプロファイリングを試みるために使用された技術には、レーザーキャプチャー法および単細胞配列決定技術が含まれる。どの技術も特定された細胞型の信頼性の高い深いプロファイルを生成できない。レーザーキャプチャー法は、専用装置および訓練を必要とし、結果は、正確な切開方法および組織解剖学に大きく依存し、従って、試料全体にわたり、結果の大きな変化が存在する。
単細胞RNAseq由来のデータもまた、個別の細胞間で大きく変化する。単細胞RNAseqはまた、神経系では問題がある。理由は、神経系は、相互にニューロンを分離させるのが困難なためである。ニューロンを分離させる研究では、細胞体のみが捕捉され、神経突起(軸索および樹状突起)が失われる。ニューロン中の突起は、細胞体の大きさに比べて極めて大きく、それら自身の局所翻訳機構も有することは、当該技術分野において周知である。従って、細胞体のみの遺伝子発現分析は、ニューロンの独自性を決定するのに最も重要な遺伝子の一部である神経突起で発現される遺伝子を欠いている。細胞の全てのRNAを合成する核中の遺伝子発現をプロファイリングすることにより、この偏りを回避できる。任意の個別の細胞からのデータの深さは、包括的プロファイルを達成するのには十分ではないので、この方法は、細胞のプロファイリングの技術分野における多くの人に受け入れられていない。
ヒト疾患は、全体細胞集団にわたり経験される問題である。単細胞分析由来の細胞型は、事後的に決定されなければならず、この分析は、病状により覆い隠される場合がある。さらに、単細胞RNAseqから得た配列決定は、疾患に伴い発生し得るわずかな変化を検出するには十分な深さではない。この理由で、細胞型は、集団として考えるべきである。そうするためには、単細胞方法は、数千の個別の細胞の配列決定を必要とし、いくつかの細胞型が極めて希なため、これらの希な細胞型のみに影響を与える疾患を調査するためには濃縮が必要である。技術的変化と生物学的変化の区別は、濃縮をしないとほとんど不可能であろう。
ヒト特異的標的の特定を可能とするために、本明細書に記載の細胞プロファイリング技術は、特定の細胞型の死後ヒト組織の分子プロファイリングを目的として開発された。本明細書に記載の細胞プロファイリング技術は、薬物または他の治療法の標的を特定するための遺伝子発現およびエピジェネティック変化の研究を含む多様な用途を有する。
CNS中の細胞は、複雑な形態を有し、相互に効果的に分離できないので、本明細書に記載の細胞プロファイリング技術は、細胞全体ではなく核を選別する。方法のいくつかの実施形態では、脳の対象領域から核を単離した後、核は、目的の細胞型を特異的に標識する転写因子または転写物に特異的な抗体で免疫染色され得る。免疫蛍光法は、核が膜タンパク質に対する抗体を用いて標識できるかどうかを明確にする。染色は、核の周りの小胞体(ER)で観察された。あるいは、RNAプローブまたはDNAプローブを用いて目的の細胞型を標識してもよい。
いくつかの実施形態では、蛍光活性化セルソーター(FACS)を用いて標識集団を精製後、単離核は、遺伝子発現プロファイリングに使用され得る。図1は、本明細書に記載の細胞プロファイリング技術と共に用い得る選別方法の実施形態を提供する。「A」は、目的の細胞型の核を表し、「B」は、別の細胞型由来の核を表す。
特定の実施形態では、アルゴリズムを用いて、単一細胞型に対し、細胞特異的および濃縮された遺伝子発現を特定し得る。例えば、複数の細胞集団全体の細胞特異的および濃縮mRNAを特定し、定量化する1つの分析方法は、特異性指数(SI)と呼ばれ、Dougherty et al.,Nucleic Acids Research,38(13):4218-4230に記載されている。この文献は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。遺伝子発現は、複数の細胞型で測定された。これらの値は、最初に、反復処理群中で正規化され、その後、細胞型全体で正規化された。非特異的バックグラウンドは、陰性対照を用いて濾過除去した。濾過値をデータセット中の他の非濾過試料と反復して比較し、各セットの試料に対し、比率を計算した。このセットを最高から最低まで順位付けして、極端な外れ値がその後の分析を歪ませるのを防ぎ、正規化困難なデータセットの分析をよりロバストにした。これらのランクは、SIを得るために平均化される。並べ替え試験を用いて、p値を各SI値に割り付け、目的の細胞型中で顕著に濃縮された遺伝子のリストを得た。SIが低いほど、遺伝子のその細胞型に対する特異性が高い。
本明細書に記載の細胞プロファイリング技術は、治療薬のためのヒト標的の特定、人の間でのどのような変化が、治療薬の可変浸透率をもたらすのかの理解、ヒト変性疾患で発生する初期変化の調査、薬物標的の特定、および脆弱で、助かった細胞集団の比較分析に基づく治療薬の開発、を含む、一連の用途を有する。本明細書に記載の細胞プロファイリング技術を用いて、目的とするいずれの細胞型もプロファイリングできる。例えば、推定薬物標的を特定するために、遺伝子発現を、異なる細胞型に対して比較して、目的の細胞型中で特異的に発現する遺伝子を特定し得る。異なる患者間の不均一性を比較することにより、症状が現れる前に患者を特定するために、または治療的介入がより効果的であると思われる一部の患者を選択するために使用し得る疾患のバイオマーカーを明らかにし得る。
他の実施形態では、種間(例えば、マウスとヒト間)の遺伝子発現を、本明細書に記載の細胞プロファイリング技術を用いて比較して、共通の、種特異的遺伝子が特定される。この情報はまた、薬物発見を活気づける。理由は、マウス特異的標的は、商業的に価値が小さいためである。さらに、種共通標的は、ヒトに変換できる可能性がより高い、マウスの基礎的研究を可能とする。最終的に、ヒト特異的標的は、ヒトがいくつかの疾患を発症するが、マウスに同じ疾患を発症させるのが困難な理由であり得る。共通の標的の追跡により、マウスのみでは特定され得ない新規薬物標的が提供され得る。
本明細書に記載の細胞プロファイリング技術の別の用途は、異なる個体全体の同じ組織中の同じ細胞型間での遺伝子発現を比較して、個体全体での変化を特定することである。現時点では、ゲノムワイド関連解析(GWAS)が、DNAレベルでの個体間の変化を調べるために用いられるが、これらの技術は、DNAの変化が遺伝子発現および機能に影響を与えるかどうかを示さない。本明細書に記載の細胞プロファイリング技術により生成されたデータは、患者層別化に使用でき、また、GWASデータと組み合わせて、個体全体にわたる治療に対する応答の変化がある理由を決定できる。
TRAP法とは対照的に、本明細書に記載の細胞プロファイリング技術は、遺伝子導入動物の使用を必要としない。本明細書に記載の細胞プロファイリング技術は、ヒトおよび他の霊長類などの非モデル生物を含む任意の種由来の死後組織と共に使用できる。
本発明の特定の実施形態では、組織試料は処理され、目的の細胞型中で発現するタンパク質に特異的な抗体を試料に添加した。抗体の蛍光標識をその後、試料に加えた。目的の細胞型由来の核を、蛍光により組織試料から単離した。例えば、FACSを用いて、蛍光強度に基づいて核を単離した。核に局在化している転写因子(例えば、Matevossian et al.,J.Vis.Exp.(13),e717,doi:10.3791/717,(2008)、この文献は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる)に特異的な抗体を用いて、または小胞体(ER)に局在化しているタンパク質に特異的な抗体を用いて選別を実施し得る。多くのニューロンが膜マーカーに基づいて特定されているので、ER中で合成される膜タンパク質に特異的な抗体を用いて、神経系を調査し得る。さらに、小胞体の一部は、単離核に結合したままであることが観察された。
特定の細胞型由来の核の標識および選別のために使用される抗体は、我々の目的の細胞型中で特異的に発現する因子を特定するための、前に記載のTRAP法調査から選択し得る。抗体の代わりに、目的の細胞型の核またはER中に局在化している核酸転写物に特異的なRNAまたはDNAプローブが使用される。例えば、Moら、(Neuron,86:1364-1384(2015)、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる)は、遺伝子導入マウスの興奮性神経細胞、PV介在ニューロン、およびVIPニューロンを、それぞれCamk2a、PV、およびVIPを標的として用いて、分析した。上記Moらによると、約50%の皮質核がCamk2a陽性であり、約3%がPV陽性であり、約2%がVIP陽性であった。
本明細書に記載の方法は、ヒト神経変性疾患における細胞の脆弱性の研究、強迫性障害、薬物中毒、自閉症スペクトラム障害、および年齢依存認知障害に関与する細胞型の回路に基づく分子キャラクタリゼーションを提供する。いくつかの実施形態では、本明細書に記載の細胞プロファイリング技術の目標は、ヒトCNS細胞型データを得て、重要なヒト神経障害および神経変性疾患に関与する脳回路または経路のキャラクタリゼーションを確立することである。例えば、マウス由来の細胞特異的データが、核濃縮、完全処理、ポリA+ RNAおよび染色体の関連転写物(CAT)から特定されたタンパク質に特異的な抗体を用いて得られた。追加の標識および選別のための、これらに対するRNA/DNAプローブを設計し得る。具体的には、TRAP方法用として開発された遺伝子導入動物由来の精製GFP+ 核および単離RNAが、成熟RNAであるポリA+ RNAを捕捉するポリDTビーズを用いて分析された。核膜と隣接している、ER中でRNAの濃縮が観察された。これらのデータは、核に近接したER中で濃縮され、本明細書に記載の細胞プロファイリング技術の選別ステップを実施するために使用し得る抗体およびRNA/DNAプローブの推定標的である転写物についての詳細を提供する。本明細書で記載の方法は、ヒト組織試料中で新規に発見された細胞特異的マーカーのインサイツハイブリダイゼーションまたは免疫蛍光法による、高度に再現可能な細胞型特異的データの生成、および細胞特異的発現プロファイルの確証をもたらす。このデータにより、脳由来などのバルク組織由来の転写物プロファイルを使って、新規細胞特異的プローブを特定することができるという確証が得られる。
II.遺伝子命名法
本明細書では、遺伝子記号をアンサンブル遺伝子IDと共に用いて、マウス、ラット、およびヒト由来の遺伝子に言及する。他に断らない限り、各遺伝子記号に対応する遺伝子名は、表1に示すものである。
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マウスに関しては、表2および表2bに、本明細書の実験で分析されたマウス遺伝子(MUSG)、転写物(MUST)、およびタンパク質(利用可能な場合)(MUSP)に対応する特有のアンサンブル識別子が提供される。各アンサンブル項目に対する特有の識別子は、ENSMUSG、ENSMUST、およびENSMUSP標識の次の識別子の最初の5個の先頭にあるゼロ(0)を除くように修正した。アンサンブル転写物またはタンパク質識別子が利用できない場合、ジェンバンク転写物(核酸またはタンパク質)を含める。
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表2bには、マウスの追加の遺伝子を含める。この表では、本明細書の実験で分析されたマウス遺伝子(MUSG)、転写物(MUST)、およびタンパク質(利用可能な場合)(MUSP)に対応する特有のアンサンブル識別子が特定される。各アンサンブル項目に対する特有の識別子は、ENSMUSG、ENSMUST、およびENSMUSP標識の次の識別子の最初の5個の先頭にあるゼロ(0)を除くように修正した。アンサンブル転写物またはタンパク質識別子が利用できない場合、ジェンバンク転写物(核酸またはタンパク質)を含める。
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ラットに関しては、表3に、本明細書の実験で分析されたラット遺伝子(MUSG)、転写物(MUST)、およびタンパク質(利用可能な場合)(MUSP)に対応する特有のアンサンブル識別子が提供される。各アンサンブル項目に対する特有の識別子は、ENSMUSG、ENSMUST、およびENSMUSP標識の次の識別子の最初の5個の先頭にあるゼロ(0)を除くように修正した。
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ヒト試料に関しては、表4に、本明細書の実験で分析されたヒト遺伝子(ENSG)、転写物(ENST)、およびタンパク質(利用可能な場合)(ENSP)に対応する特有のアンサンブル識別子が提供される。各アンサンブル項目に対する特有の識別子は、ENSG、ENST、およびENSP標識の次の識別子の最初の5個の先頭にあるゼロ(0)を除くように修正した。
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III.細胞型から核の単離、およびプロファイリング方法
一定の細胞集団において、ヒト生物学の多くの問題が生産的に研究され得る。例えば、ヒト神経変性事象に関連する分子事象の理解は、これらの状態の遺伝的複雑性(Burguiere,E.,et al.(2015)Curr Opin Neurobiol 30,59-65.;Hinz,et al.(2017)Cold Spring Harb Perspect Biol 9,a023705;Vorstman,et al.(2017)Nat Rev Genet 18,362-376、これらのそれぞれは、その全体が参照により本明細書に組み込まれる)、神経細胞減少の確率的性質(Clarke,et al.(2000).Nature 406,195-199 and Clarke,et al.(2005)Brain Research Bulletin 65,59-67、これらのそれぞれは、その全体が参照により本明細書に組み込まれる)、および疾患発症と進行の両方に対し変化する加齢の影響(Corrada,et al.(2010)Ann.Neurol.67,114-121 and Niccoli,et al.(2012)Current Biology 22,R741-R752、これらのそれぞれは、その全体が参照により本明細書に組み込まれる)のために、ヒト試料由来のかなりの数の種々の細胞型の長期にわたる研究により得ることが可能である。これらを考慮して、本明細書の方法は、特定の脳細胞型の分子特性を正確に決定するように開発した。この方法は、遺伝子導入動物を必要とせずに、一般的な脳組織バンク由来の死後組織を採用するのに充分に堅牢である。
本明細書に記載の細胞プロファイリング技術は、哺乳動物脳の特定の細胞型の堅牢で再現可能な研究を可能とするように、各細胞型内の核局在化および核関連タンパク質の特有の相補体を利用する細胞型特異的分析のための手法として開発した。本明細書で記載の細胞プロファイリング技術は、マウス、ラット、およびヒトの死後脳の細胞型特異的遺伝子発現プロファイリングを可能とし、これらの方法は、任意の器官または組織試料まで拡張可能である。
げっ歯類およびヒト脳細胞型からの、本明細書で記載の細胞プロファイリング技術由来のデータの比較試験は、古典的手法で決定された高度に保存的小脳細胞型から遺伝子発現プロファイルの進化的分岐を明らかにする(D’Angelo,E.(2013)Handbook of the Cerebellum and Cerebellar Disorders,(Dordrecht:Springer Netherlands),pp.765-791;Eccles,J.C.(1967)The Cerebellum as a Neuronal Machine(Berlin/Heidelberg/New York:Springer);Llinas,R.R.(1969).Neurobiology of Cerebellar Evolution and Development(Chicago:American Medical Association);これらのそれぞれは、その全体が参照により本明細書に組み込まれる)。データはまた、脳老化の分子機序が、各ヒト細胞型において、異なった形で明らかになる。最終的に、データは、共通の外部事象が対照死後ヒト脳において特定され得ることを示す、明確な、分子表現型を示す。本明細書で記載の細胞プロファイリング技術を用いた、ヒト遺伝的および臨床的データと、発現およびエピジェネティック調査との比較試験は、追加であるが、認識されていないヒト脳機能および機能障害の分子特性に対する洞察をもたらすであろう。
細胞型特異的促進因子の制御下にあるEGFP-L10aリボソームタンパク質融合体を発現している遺伝子導入マウスは、以前に、Doyle,et al.(2008)Cell 135,749-762およびHeiman,et al.(2008)Cell 135,738-748において開発された。このそれぞれの文献は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。TRAP法で使用するために開発された、これらの5種の遺伝子導入動物株を用いて、EGFP+核(Kriaucionis,et al.(2009)Science 324,929-930およびMellen,M.,et al.(2012)Cell 151,1417-1430、これらのそれぞれは、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる)がTRAP法を用いて遺伝子発現により、または蛍光活性化細胞分取(FACS)の使用後のエピジェネティック特性により、特定の細胞型から精製された。以前の調査は、核RNAプロファイルはまた、各細胞型に対し特有であり、また、それらは、細胞機能に関して情報価値があることを確認した(Deal,et al.(2011)Nat Protoc 6,56-68;Henry et al.,Nucleic Acids Res.2012 Oct;40(19):9691-704;Mo,et al.(2015)Neuron 86,1369-1384;Steiner,et al.(2012)Genome Res 22,766-777;これらのそれぞれは、その全体が参照により本明細書に組み込まれる)。
本明細書で記載の細胞プロファイリング技術より以前に開発された細胞型特異的分子プロファイリング方法の重要な制限は、それらが、目的の細胞型を遺伝子標的とするために、遺伝子導入動物の使用を必要とするということである。この制限を克服するために、ヒト死後脳試料を含む、多様な種中の特定の細胞型から核を精製し、特徴付けるように、核および小胞体タンパク質の細胞型特異的発現を詳細に調査した。
本発明のいくつかの実施形態では、核を野性型または遺伝子導入組織から調製し、ホルムアルデヒドを用いて固定し、脳関心領域の所定の細胞型に特異的な蛍光抗体で染色し、フローサイトメトリー(例えば、FACS)により選別し、その後種、細胞型、または環境特異的発現プロファイル特性を明らかにするために、RNAseqを用いて分析した。
本明細書で記載の細胞プロファイリング技術は、特定の疾患、障害、または状態に関連する任意の細胞型または組織由来の核に適用し得る。例えば、線条体黒質系中型有棘ニューロン(MSN)、線条体淡蒼球系MSN(尾状および側坐核)、線条体コリン作動性介在ニューロン、視床下核、ドーパミン作動性神経、および分界条床核(BNST)ニューロンを含む、大脳基底核組織に起源を持つ細胞型由来の核に適用し得る。例えば、視床皮質ニューロン、視床線条体ニューロン、および視床網様核ニューロンを含む、視床組織に起源を持つ細胞型由来の核に適用し得る。例えば、嗅内皮質層2/3ニューロン、高速発火型皮質介在ニューロン、および前頭前野皮質組織由来の層2/3錐体細胞を含む、皮質組織に起源を持つ細胞型由来の核に適用し得る。例えば、アンモン角領域1(CA1)、アンモン角領域2(CA2)、アンモン角領域3(CA3)、および歯状回細胞を含む、海馬組織に起源を持つ細胞型由来の核に適用し得る。
細胞型はまた、次の組織に関連し得る:内側手綱(コリン作動神経系投射ニューロン、脚間核へ投射)、脳幹(上位運動ニューロン)、脊髄(下位運動ニューロン)、または全ての組織(種々の種類の介在ニューロン、星状膠細胞および乏突起膠細胞)。ヒト脳の細胞型はまた、運動失調、パーキンソン病、アルツハイマー病、および筋萎縮性側索硬化症(ALS)などの神経変性状態と関連し得る。例えば、細胞型は、運動失調に関連する、プルキンエ細胞、顆粒細胞、バーグマングリア、バスケット/星状細胞、および小脳深部核がプロファイル解析される。パーキンソン病に関連する黒質腹側被蓋野(VTA)ドーパミン作動性神経またはアルツハイマー病に関連する層2/3嗅内皮質、CA1海馬、CA2/3海馬ニューロンもプロファイル解析される。あるいは、ALSに関連する脳幹および脊髄運動ニューロンがプロファイル解析される。
A.核トランスクリプトームを用いた細胞型選別
核は、小胞体(ER)タンパク質、ER中で合成した膜タンパク質、または核転写物に特異的な、抗体、RNAプローブ、またはDNAプローブを用いて選別し得る。核膜の近くで翻訳されたER転写物を濃縮するために、核転写物のポリAプルダウン法を実施し得る。いくつかの実施形態では、目的の細胞型由来の核は、それぞれの技術から得られた細胞の独自性を比較するために、以前にTRAP法を用いてプロファイル解析された遺伝子導入マウスの組織から単離された。TRAP法で使用するために開発された遺伝子導入動物のプロファイリング結果は、GFPタグリボソームサブユニットが核小体中に組み込まれているという事実に基づいた。あるいは、選別される核の起源である組織は、ヒト、非ヒト霊長類、マウス、またはラットなどの野性型哺乳動物に由来する。
図1は、本明細書で記載の細胞プロファイリング技術で使用し得る選別方法の実施形態を提供し、この方法は、NETSseq(商標)技術またはINSPECTION(商標)とも呼ばれる。「A」は、目的の細胞型を表し、「B」は、図1の目的の細胞型の核を表す。
いくつかの実施形態では、マウス中の小脳から3つの細胞型を単離する方策は、試料中のこれらの細胞型の存在を確認するために、Itpr1(イノシトール 1,4,5-三リン酸受容体1型;小胞体(ER)の細胞内受容体)をプルキンエ細胞を標識するための標的として、NeuN(RNA結合Foxタンパク質ファミリーのメンバーによりコードされる遺伝子;NeuNは、ニューロンのバイオマーカーとしてよく使われる神経抗原である)を顆粒細胞を標識するための標的として、およびGfap(グリア線維酸性タンパク質;グリア細胞から星状膠細胞を識別するために使用される成熟星状膠細胞の主要中間径フィラメントタンパク質の1つ)をグリアを標識するための標的として用いる抗体結合を含む。その後、Itpr1およびNeuNの結果の組み合わせを用いて、3つ全ての集団を単離し得る。あるいは、野性型マウスの顆粒細胞由来の核を、Itprに対し陽性(Itpr+)およびNeuN(NeuN+)として、およびOlig2に対して陰性(Olig2-)およびSorcs3(Sorcs3-)として選別し得る。プルキンエ細胞由来の核は、Itpr1+およびNeuN+として選別し得る。バスケット細胞由来の核は、Sorcs3+および中程度NeuN-として特定し得る。星状膠細胞由来の核は、Sorcs3-およびNeuN-として特定し得る。
あるいは、ニューロン分化1またはNeurod1(Neurod1+)を用いて、顆粒細胞を選別し得る;プルキンエ細胞タンパク質2またはPcp2(Pcp2+)を用いて、プルキンエ細胞を選別し得る;セプチン4またはSept4(Sept4+)を用いて、バーグマングリアを選別し得る;コラーゲンベータ(1-O)ガラクトシルトランスフェラーゼ2またはGlt25d2、Colgalt2としても知られる、(Glt25d2+)を用いてコルチコポンチン錐体細胞を選別した;およびニューロテンシン受容体1またはNtsr1(Ntsr+)を用いて皮質視床錐体細胞を選別した。いくつかの実施形態では、次の核転写物を用いて、各細胞型の核を特定し得る:Sept4陽性細胞(バーグマングリア)に対してアルファ-2-マクログロブリン(A2m)、Colgalt2陽性細胞(コルチコポンチン錐体)に対してPde1aおよびColgalt2、Excit陽性細胞(興奮性神経細胞)に対してPde1aおよびヘパラン硫酸-グルコサミン3-スルホトランスフェラーゼ4(Hs3st4)、Ntsr1陽性細胞(皮質視床錐体)に対してPde1aおよびHs3st4、PV陽性細胞(パルブアルブミン介在ニューロン)に対してアリスタレス関連ホメオボックス(Arx)およびパルブアルブミン(Pvalb)、VIP陽性細胞(VIP介在ニューロン)に対して血管活性腸管ペプチド(Vip)、Pcp2陽性細胞(プルキンエ)に対して溶質輸送体ファミリー9メンバーA3(Slc9a3)、およびNeurod1陽性細胞(顆粒)に対してGrin2c。
いくつかの実施形態では、マウス由来のドーパミン作動性神経の核は、フォークヘッドボックスA1(FoxA1)およびドーパミントランスポーター溶質輸送体ファミリー6メンバー3(Dat、Slc6a3としても知られる)を用いて選別された。ドーパミン作動性神経は、FoxA1およびDatの両方に対し陽性であることが観察されている。いくつかの実施形態では、選別に使用され得るドーパミン作動性神経の追加のマーカーには:チロシン加水分解酵素(TH)、フォークヘッドボックスA2(FoxA2)、およびドーパミン受容体2(Drd2)が含まれる。
いくつかの実施形態では、選別された核集団中で下方制御された遺伝子はまた、核の細胞型特定の証拠として使用し得る。例えば、ドーパミン受容体D1(Drd1)およびグルタミン酸デカルボキシラーゼ(Gad)は、ドーパミン作動性神経中で発現することは知られておらず、したがって、ドーパミン作動性神経由来の核の選別された集団中では下方制御されているはずである。
いくつかの実施形態では、ウォルフラミンER膜貫通型糖タンパク質(Wfs1)およびB細胞CLL/リンパ腫11B(Ctip2、Bcl11bとしても知られる)を使って、マウス由来の皮質細胞型層2/3錐体ニューロンおよび層5および6錐体ニューロンの核をそれぞれ選別し得る。いくつかの実施形態では、ETSバリアント1(Etv1、ER81としても知られる)を使って、層5錐体ニューロンの核を選別し得る。Etv1は、以前に、皮質の層5中の、皮質線条体ニューロン、コルチコポンチンニューロンの両方、および可能な他のものを標識することが観察された。いくつかの実施形態では、Wfs1を炭酸脱水酵素1(CA1)陽性ニューロンのマーカーとして用い得、およびプルキンエ細胞タンパク質4(Pcp4)を炭酸脱水酵素1(CA2)陽性歯状回のマーカーとして用い得る。
いくつかの実施形態では、溶質輸送体ファミリー18メンバーA3(VaChT、Slc18a3としても知られる)、コンドロレクチン(Chodl)、およびエストロゲン関連受容体ベータ(EsrrB)をマウスの脳幹運動ニューロン由来の核のマーカーとして使用し得る。VaChTおよびErrBに特異的な親和標識は、運動ニューロンを特異的に標識し、Chodlは、これらのニューロン以外の全てを標識する。Chodlに特異的な抗体は、脳幹運動ニューロンを直接的に標識するものと置換してよい。
いくつかの実施形態では、ラット核は、少なくとも1つの膜タンパク質または核関連転写物を用いて選別される。例えば、顆粒細胞由来の核は、Itpr陰性(Itpr-)、Olig2陰性(Olig2-)、Sorcs陰性(Sorcs-)、およびNeuN陽性(NeuN+)として特定し得る。プルキンエ細胞由来の核は、Itpr陽性(Itpr+)およびNeuN+として特定し得る。バスケット細胞由来の核は、Itpr+および中程度のNeuN陰性(med NeuN-)として特定し得る。星状膠細胞由来の核は、Sorcs3陽性(Sorcs3+)およびmed NeuN-として特定し得る。成熟乏突起膠細胞由来の核は、Sorcs3-およびNeuN-として特定し得る。成熟乏突起膠細胞とOPCの組み合わせ由来の核は、Olig2陽性(Olig2+)および高度NeuN陰性(high NeuN-)として特定し得る。
いくつかの実施形態では、ヒト試料に由来するプルキンエ細胞由来の核は、Itpr+およびId2陽性(Id2+)またはFoxP4陽性(FoxP4+)およびItpr1+として特定し得る。いくつかの実施形態では、ヒト試料由来の顆粒細胞の核は、FoxP4+およびNeuN+として特定された。いくつかの実施形態では、成熟乏突起膠細胞およびOPC由来の核は、Olig2の発現レベルで識別され得る。例えば、低レベルのOlig2発現(Olig2+低)により核が成熟乏突起膠細胞として特定され、また、高レベルのOlig2発現(Olig2+高)により核がOPCとして特定される。
本明細書で記載の核選別方策は、どの種にも適用し得る。
B.異なる種の選別された核中の細胞型のプロファイリング
各細胞型で発現した遺伝子は、それらの機能、内部および外部キューに対するそれらの応答、および種全体におけるそれらの発生を規定する。本明細書で記載の細胞プロファイリング技術は、マウス、ラット、およびヒト脳由来のニューロンおよびグリアの精度の高い細胞型特異的遺伝子発現プロファイリングに有用であることが実証された。
Moらの、(2015)Neuron 86,1369-1384(参照によりその全体が本明細書に組み込まれる)では、Cre-loxPシステムによりタグ付き核膜タンパク質を発現している遺伝子導入マウス由来の核がRNAseqを用いてプロファイル解析された。遺伝子導入動物と、異なる起源の野生型動物の細胞型から単離された核のRNAseqプロファイルの比較により、核RNAプロファイルを用いて、細胞の独自性を決定および異なる細胞型の関連性を測定し得るという証拠が得られる。いくつかの実施形態では、遺伝子導入動物は、標的細胞型中で増大したGFP(EGFP/L10a融合タンパク質)を発現し得る。いくつかの実施形態では、Moらで選別および特徴付けされた核から、RNAseq由来の階層型クラスタリングがもたらされ、また、本明細書で記載の細胞プロファイリング技術を用いて、介在ニューロン(例えば、VIP介在ニューロンおよびパルブアルブミン介在ニューロン)対錐体細胞(例えば、皮質錐体、皮質視床、および刺激性)などの細胞型によるグループ化が可能となる。
伝統的な方法で定義された、均一な小脳細胞型でも、数百のオルソロガス遺伝子の発現により、種間で異なることが観察され、ヒト顆粒細胞発現遺伝子の連続的発現も、マウス脳の他の領域でよく観察されていた。実際に、核RNAプロファイルは、成熟乏突起膠細胞(コルチコポンチン錐体ニューロンとも呼ばれる)、およびオリゴデンドロサイト前駆細胞またはOPC(皮質視床錐体ニューロンとも呼ばれる)などの異なるニューロンサブタイプの間で区別するのに十分な感受性がある。
1.マウス由来の選別核のRNAプロファイルの差異
いくつかの実施形態では、遺伝子発現をRNAseqで分析し、RNAプロファイルを生成した。いくつかの実施形態では、結果を正規化し、各遺伝子の試料全体にわたる発現を平均化した。例えば、顆粒細胞、プルキンエ細胞、バーグマングリア、乏突起膠細胞、およびOPCのFACSにより精製された核由来のRNAseqのlog2倍率変化の結果を、全ての細胞型由来の核全体の250個の最も変化する遺伝子の正規化RNAseq結果に対し比較し得る。マウスでは、最も変化する遺伝子は、次記から選択し得る:1700047M11Rik、3110039M20Rik、2410124H12Rik、8030451O07Rik、9530059O14Rik、A230077H06Rik、A2m、A730036I17Rik、Aass、Acsm5、Actbl2、Adra2b、Afp、Aqp4、Arhgap25、Arx、Atp13a4、Atp1a2、Atp2a3、B230209E15Rik、B3gnt5、Barhl2、Bcl11b、Btbd17、Cacng3、Camk1g、Camkv、Car8、Casp12、Casq2、Cbln2、Cbln3、Cckbr、Cd70、Cd9、Cdc42ep1、Cdh19、Chrm1、Chrm3、Chsy3、Clic6、Cml5、Cnpy1、Cobl、Col1a2、Col4a5、Col6a1、Colgalt2、Corin、Coro6、Cpne7、Crym、Csta1、Ctxn3、Cxcl14、Cxcl5、Cxcr4、Cyp27a1、Cyp2j9、D430019H16Rik、Ddn、Ddx3y、Dlgap2、Dlx4os、Dlx6os1、Dmp1、E030003E18Rik、Ebf1、Ebf2、Ebf3、Ednrb、Egfr、Egr3、Eif2s3y、Elfn1、Emp2、En2、Enc1、Etnppl、Eva1a、F3、Fam107b、Fam19a1、Fat2、Fbln2、Fezf2、Fgd3、Flrt2、Folh1、Foxg1、Frem1、Gabra6、Galnt14、Gas1、Gda、Gdf10、Gja1、Gjb6、Gjc3、Gli1、Gli3、Glt25d2、Gm11549、Gm266、Gm5083、Gm5089、Gm5468、Gm5607、Gm8179、Gpr37l1、Grik1、Grm5、Hepacam、Hes3、Hs3st2、Hs3st4、Htr2a、Icam5、Icosl、Il22、Iltifb、Irx1、Irx2、Irx5、Itih3、Itpripl2、Kank1、Kcnc2、Kcnf1、Kcnj10、Kcnj16、Kcnj4、Kcnq5、Kcnt2、Kcnv1、Kctd12b、Kdm5d、Lama2、Lamp5、Lcat、Ldb2、Lfng、Lgr6、Lhx1、Lhx1os、Lhx5、Linc-md1、Lrrc7、Lyzl4、Mal2、March1、Megf10、Meis2、Mertk、Metrn、Mgst1、Miat、Mlc1、Mmp14、Mpped1、Msx2、Mybpc1、Myh6、Neto1、Nid1、Nkx2-2、Npr3、Npy1r、Nrgn、Nrk、Ntsr2、Nup62cl、Oprd1、P2ry1、Paqr6、Pax3、Pcsk6、Pde1a、Pde5a、Pdgfd、Pdzph1、Pih1h3b、Pkp3、Pla2g7、Plekhd1、Plekho2、Plpp3、Plscr1、Plscr4、Ppp1r17、Prkag3、Procr、Prr5、Ptk2b、Ptpn5、Ptprz1、Rab11fip1、Rab27b、Robo3、Rtn4rl2、Rxfp1、S1pr1、Scube1、Sdc4、Serpinh1、Skor2、Slc14a1、Slc1a3、Slc24a4、Slc2a10、Slc2a4、Slc30a3、Slc39a12、Slc6a7、Slc7a10、Slc9a3、Slco4c1、Smpx、Sod3、Sparc、Stac、Stk17b、Stk32a、Sycp1、Syt10、Tbr1、Tex36、Tlcd1、Tlr3、Tmem132b、Tmem179、Tmem200a、Tnc、Tox3、Tril、Trim30a、Trp53cor1、Ttpa、Uty、Vip、Vsig2、Vstm2b、Wif1、Zfp385c、Zfp831、Zic1、Zic2、Zic3、Zic4、およびZic5または本明細書で特定されたその他のもの。
マウスでは、その発現をマーカーとして使用して、顆粒細胞またはそれらの核を特定し得る遺伝子には、2510003B16Rik、4930449E18Rik、6430548M08Rik、6530403H02Rik、9230112J17Rik、Ablim1、Ablim3、Ackr1、Adamts18、Adcy1、Airn、Ak4、Als2、Atp1a1、Atp2b3、Barhl2、Bcl2l15、Boc、Brinp1、Bsn、Btg1、C130030K03Rik、Cacna1c、Cacna1e、Cacna2d1、Cadm3、Cadps2、Calb2、Caln1、Camk4、Camkk2、Car10、Car15、Car4、Cbln1、Cbln3、Ccdc120、Cd300a、Cdh15、Cdh7、Cdh8、Celf4、Cerkl、Cers6、Chgb、Chn2、Chrd、Cnksr2、Cnnm4、Cntn6、Cntnap1、Cntnap4、Cplx2、Crhr1、Crtam、Dab2ip、Des、Dgkd、Diras2、Dlgap3、Dpp6、Dpysl4、Dusp5、Eif4e3、Epb41、Epb41l4b、Epha3、Erc1、Ets2、Etv1、Exph5、Faap20、Fam135b、Fat2、Fgf14、Fzd7、Gabra6、Gabrb3、Gabrd、Galnt13、Gap43、Ggact、Gm2694、Gm7854、Gm9899、Gm996、Golga7b、Gprc5c、Grik2、Grin2a、Grin2c、Grm4、Ica1l、Igfbp5、Il16、Il20rb、Inadl、Itga7、Jph3、Jph4、Kank2、Kbtbd11、Kcnc1、Kcnd2、Kcnh1、Kcnip4、Kcnj12、Kcnj6、Kcnk1、Kcnk10、Kcnk12、Kcnk3、Kcnk9、Kcnt1、Khnyn、Kif26b、Lgi1、Lhfp、Lin7a、Lrrc3b、Lurap1、Maml3、Mapk11、Mapk12、Marveld2、Mctp1、Mir670、Mmp24、Mpp4、Msra、Ndrg3、Ndst3、Nedd4l、Negr1、Neto2、Neurl1a、Neurod1、Nhsl2、Nrep、Nrip2、Nrn1、Ntn4、Nxn、Olfm1、Olfm3、Pagr1a、Panx2、Pclo、Pcsk2、Pde10a、Pde3b、Pgm2l1、Pkib、Plch2、Plcl2、Plcxd3、Pld5、Ppargc1b、Ppfia4、Pqlc3、Prkce、Prr16、Prss52、Ptchd1、Ptpn22、Pxylp1、Rab15、Rab37、Ralyl、Rapgef4、Rbfox1、Rbfox3、Rcan3、Reln、Rims1、Rims2、Rims3、Rnf112、Rnf152、Ror1、Rps6ka1、Rtn4r、Rtn4rl1、Ryr2、Scn2a1、Sel1l3、Sema4f、Sergef、Sgpp2、Sgsm1、Sh3gl2、Shf、Shisa8、Sidt1、Slc16a10、Slc17a7、Slc25a22、Slc29a4、Slc2a13、Slc35f3、Slc8a2、Slc9a5、Slit3、Slitrk4、Snap25、Snrk、Specc1、Speg、Sphkap、Sptb、St3gal5、Stap2、Stmn2、Stxbp1、Stxbp5l、Sv2b、Svep1、Svop、Syndig1l、Syt1、Syt12、Syt4、Tas2r143、Tbata、Tbc1d8、Tenm1、Tesc、Tiam1、Tll1、Tmem163、Tmem178、Tmem181c-ps、Tmem266、Tmem56、Tmem63c、Tmtc4、Trhde、Ubtd2、Unc13c、Uncx、Usp3、Vat1l、Vsnl1、Wscd2、Xkr6、Xkr7、Zdhhc2、Zfp385b、およびZic2を含む、無選別核中の正規化発現に比べて、発現の最大の変化を有する遺伝子が挙げられる。
マウスでは、その発現をマーカーとして使用して、プルキンエまたはそれらの核を特定し得る遺伝子には、1190002N15Rik、1700008O03Rik、1700124L16Rik、2410124H12Rik、9530052E02Rik、9530059O14Rik、A330050F15Rik、Abhd3、Adam23、Adamts3、Adgrl2、Aff1、Ank1、Ankrd33b、Ankrd53、Anks1b、Apip、Arap1、Arhgap20、Arhgap26、Arhgef33、Arntl、Atl2、Atp2a3、Atp2b2、Atp6ap1l、Atp6v1b1、Atrnl1、Auts2、B3gnt5、Baiap2、Bcl11a、Bean1、Brinp2、Bzrap1、Cacna1a、Cacna1g、Cacna2d2、Calb1、Camk2a、Car7、Car8、Casq2、Ccdc107、Ccdc85a、Cck、Cds1、Cep126、Cep76、Clec2l、Clic6、Clstn3、Cntn3、Cntnap5b、Cntnap5c、Col18a1、Corin、Cpeb1、Cpne9、Csta1、Cyth3、D430036J16Rik、Dach1、Dagla、Defb23、Dgkg、Dgkh、Dgkz、Dlg2、Dlx4os、Dmd、Dner、Doc2b、Dpp10、Ebf1、Ebf2、Ece1、Etl4、Fam107b、Fam117a、Fam174b、Fam184b、Fam21、Fam78b、Far2、Fbxl21、Fgd3、Fhl5、Flt3、Fmnl1、Foxp2、Foxp4、Frmpd3、Gabbr2、Garnl3、Gfra2、Gm14169、Gm5083、Gm5803、Gng13、Gpr63、Grid2、Grid2ip、Grik1、Grip1、Grm1、H2-D1、Heatr5a、Hes3、Homer3、Hpcal1、Hrh2、Hspa12a、Htr1b、Icmt、Id2、Ifngr2、Il22、Iltifb、Inpp4a、Inpp5a、Itga3、Itpka、Itpr1、Kalrn、Kcnab1、Kcnab2、Kcnh7、Kcnip1、Kcnma1、Kctd12、Kitl、Ksr2、L3mbtl1、Large、Ldhd、Lhx1、Lhx1os、Lhx5、Linc-md1、Lpcat4、Lrfn5、Lrp8、Lrrfip1、Lsmem1、Magoh、Mcemp1、Mdfi、Mir124a-1hg、Mir138-1、Mir3470b、Mtss1、Myh10、Myo10、Nefh、Nefm、Nek2、Nell1、Nexn、Ninl、Nkiras2、Npr1、Nr2f2、Nrk、Nsg1、Nup93、Ociad2、Orai2、Paxbp1、Pcp2、Pcp4、Pde2a、Pde5a、Pde9a、Pih1h3b、Plcb3、Plekhd1、Plekhd1os、Plpp6、Plxdc1、Pnpla3、Polr1b、Ppp1r17、Ppp4r4、Prkag3、Prkcg、Prkg1、Prmt8、Psd2、Ptchd4、Ptprr、Rab43、Rbms1、Reep2、Retn、Rgs8、Rmdn3、Rnf19b、Rreb1、Rtel1、Ryr1、Scn4b、Serinc2、Sestd1、Sh2d4b、Shank1、Shisa6、Skor2、Slc16a9、Slc1a6、Slc20a1、Slc9a3、Smpx、Snhg11、Sorl1、Sos1、Sox5os3、Sptan1、Sptbn2、Stac、Steap2、Stil、Stk17b、Strip2、Strn3、Stxbp2、Svil、Sycp1、Syndig1、Syt7、Tenm4、Tex261、Thy1、Tm6sf1、Tmem255a、Trabd2b、Trpc3、Tspan11、Ttll5、Tuba8、Unc5d、Vax2、Vwa5b2、Ywhah、Zbtb46、Zfand4、Zfp385a、Zfp385c、およびZnhit1を含む、無選別核中の正規化発現に比べて、発現の最大の変化を有する遺伝子が挙げられる。
マウスでは、その発現をマーカーとして使用して、バスケット細胞またはそれらの核を特定し得る遺伝子には、1700024F13Rik、1700080N15Rik、9530026P05Rik、A530058N18Rik、Acot10、Adamts15、Adamts16、Adamts2、Adarb2、Adgrl3、Adrb2、Agl、AI504432、Aldh18a1、Aldh1l2、Aldob、Ankrd13b、Ar、Arl4a、Arl4c、Arrdc1、Asgr1、Asic2、Asl、Asns、Atp1b1、Atp2b1、Bex1、Bhlhe22、Btbd11、Bzw2、C1qtnf4、Cabp1、Cacna1b、Cacna1d、Cacna2d3、Cacng2、Camk1g、Camk2n1、Cars、Ccdc136、Ccdc74a、Cd59a、Cdkl1、Cebpb、Cep70、Cgn、Chac1、Chchd7、Chd3os、Chst1、Chst9、Clmp、Cnpy1、Cnr1、Cntn4、Coro6、Cryba2、Csmd1、Csrnp3、Cx3cl1、Cyld、Cyp4x1、Cyp7b1、Dnah11、Dock7、Efna5、Elavl4、Elmod1、Eml5、Enpp1、Ephb2、Erc2、Esrrg、Fam84a、Fev、Fgf13、Flrt2、Frmd3、Fuca2、Gabra1、Gabrg2、Gad1、Gad2、Galnt18、Gars、Gdpd5、Gfra4、Gjd2、Glce、Gldc、Gm11780、Gm14204、Gm15631、Gm15663、Gm2762、Gpr12、Gprasp2、Grb10、Gria3、Grid1、Grik3、Grin2d、Grm8、H2afz、H2-Bl、Haus4、Hcn1、Hecw1、Hnrnpa0、Hpca、Hpcal4、Hunk、Igsf3、Inhba、Inpp4b、Kcna2、Kcnab3、Kcns2、Kirrel、Kirrel3、Kit、Klhl33、Lamb1、Lrrc38、Lsm11、Ly6e、Lypd6、Maged1、Man2a1、March11、Mgat4c、Mgat5、Mir193b、Mir384、Mkx、Mpp7、Msantd4、Mtfp1、Mthfd2、Myo16、Myrip、Myt1l、Nap1l2、Nars、Ndn、Nefl、Neurod2、Neurod6、Nln、Nmt2、Nos1、Nos1ap、Nrxn3、Ntn1、Osbpl10、Osbpl5、Pam、Parm1、Penk、Pfkp、Pgrmc1、Phactr2、Phf24、Phyhip、Pja1、Pkp4、Pla2g4e、Plch1、Plcxd2、Plppr4、Plvap、Plxna4、Plxnc1、Pnck、Ppp1cc、Prdm8、Prkcd、Prrg3、Ptchd2、Purb、Rab10os、Rab3c、Rai2、Rasgrf1、Rasl10b、Rec8、Ret、Rmst、Rora、Rph3a、Rpl15、Scn9a、Sdk2、Sema3e、Serpini1、Sesn2、Sez6、Sgk1、Sgtb、Shank3、Skor1、Slc12a5、Slc19a2、Slc1a4、Slc24a3、Slc2a3、Slc32a1、Slc4a8、Slc6a7、Slc7a1、Slc7a3、Snph、Socs2、Sod2、Sorbs2、Sorcs3、Sp5、Stac2、Stard5、Stc2、Syt13、Tbc1d30、Tbc1d4、Tfap2a、Tfap2b、Tmem117、Tmem132e、Tmem151b、Tmem169、Tmem25、Tram1l1、Trib3、Trim67、Tro、Trpc5、Trpc7、Tspyl4、Ttc39b、Ttc9、Unc5c、Usp1、Vmn2r2、Wasf1、Wbscr17、Wfs1、Xkr4、Zbtb18、Zcchc16、およびZfp423を含む、無選別核中の正規化発現に比べて、発現の最大の変化を有する遺伝子が挙げられる。
マウスでは、その発現をマーカーとして使用して、星状膠細胞またはそれらの核を特定し得る遺伝子には、1700066O22Rik、2810032G03Rik、3110082J24Rik、9330188P03Rik、A2m、A330033J07Rik、Abi3bp、Acot11、Acsbg1、Actr3b、Adra1a、AI464131、Akt2、Aldh1l1、Alms1-ps2、Apoe、Aqp4、Arrb1、Atp13a4、Atp1a2、Atp1b2、AU022751、Axl、Baalc、Bcar3、Btbd17、Cables1、Cacnb1、Cacng5、Cacng8、Camk1、Camk2g、Caskin1、Cbs、Ccdc190、Ccdc78、Cd70、Cdc42ep1、Cdc42ep4、Cdh22、Cdh4、Celrr、Clcn2、Clu、Cml5、Cmya5、Cnn3、Cpne2、Ctxn3、Cxcl14、Cyp2d22、Cyp4f14、D330050G23Rik、Dao、Ddah1、Ddo、Dmp1、E030003E18Rik、Ednrb、Efhd2、Efnb2、Egfr、Elmo2、Elovl2、Emid1、Erich5、Etnppl、Etv4、Eva1a、F830045P16Rik、Fads2、Fam107a、Fam173a、Fam20a、Fam43a、Fam92b、Fgd6、Fgfr3、Frem1、Frmpd1、Fxyd1、Fxyd7、Fzd1、Gabra2、Gabra4、Gabrb1、Gareml、Gas2l3、Gdf10、Gja1、Gjb6、Gli1、Gli2、Glipr2、Gm5089、Gm6277、Gpr153、Greb1l、Gria1、Gsap、Gstm1、Hif3a、Hk2、Hopx、Hrh1、Htra3、Icosl、Id4、Igdcc3、Igdcc4、Itih3、Itpkb、Kifc3、Klf15、Lama2、Lcat、Lfng、Lgi4、Lgr6、Lrig1、Lrp3、Lrrc8a、Man1c1、Map2k6、Mertk、Metrn、Mfge8、Micalcl、Mir3093、Mir6375、Mir6390、Mlc1、Mmd2、Mpp6、Mro、Msi1、Msx2、Mt1、Mt2、Mt3、Mxra8、Mybpc1、N4bp3、Nat8、Nbl1、Ndrg2、Nhsl1、Nkain4、Nr1d1、Ntsr2、Nudt14、Nwd1、Oplah、Paqr6、Paqr8、Pax3、Pbxip1、Pde8b、Pdlim4、Phf21b、Phka1、Phkg1、Phyhd1、Pitpnc1、Pitpnm2、Pla2g7、Plce1、Plekho2、Plpp3、Plscr4、Pltp、Plxnb1、Pnky、Pnpla7、Por、Ppm1m、Prex2、Proca1、Prodh、Prr5、Ptch1、Ptch2、Pxmp2、Pyroxd2、Rab34、Rab36、Ramp2、Rasl11a、Rbm24、Rdh5、Rfx2、Rfx4、Rgl1、Rgma、Rpph1、Rpusd3、Rras、S1pr1、Sdc4、Sfxn1、Sfxn5、Sh3pxd2b、Shisa9、Sirpa、Slc12a4、Slc13a5、Slc1a2、Slc1a3、Slc25a18、Slc27a1、Slc38a1、Slc38a3、Slc39a12、Slc41a1、Slc4a4、Slc7a10、Slc8b1、Slco4a1、Smad3、Smim23、Sned1、Sod3、Sox9、Sparc、Sparcl1、Stk32a、Synpo2、Syt10、Tapbpl、Tcf7l1、Tmem198b、Tnc、Tom1l1、Traf1、Trib2、Tril、Trp53cor1、Ttll3、Ttll8、Ttyh1、Ttyh3、Ucp2、Vim、Wwc1、Zfp467、Zfp641、Zic1、Zic4、およびZim1を含む、無選別核中の正規化発現に比べて、発現の最大の変化を有する遺伝子が挙げられる。
マウスでは、その発現をマーカーとして使用して、乏突起膠細胞またはそれらの核を特定し得る遺伝子には、1500015L24Rik、1700063D05Rik、4930474G06Rik、4933413G19Rik、5031410I06Rik、5031439G07Rik、5430431A17Rik、9330111N05Rik、9330117O12Rik、A230001M10Rik、A330049N07Rik、Aatk、Abca8a、Adamtsl4、Adap1、Adipor2、Agpat4、Ankub1、Ano4、Apod、Arc、Arhgap23、Arhgef10、Arl4d、Arrdc2、Arrdc3、Arsg、Aspa、Asphd1、B3galt5、Bche、Bcl2l1、Bicd2、Bin1、Bpgm、C030029H02Rik、C630043F03Rik、Car14、Car2、Carns1、Ccdc152、Ccp110、Cdh19、Cdk18、Cdk19、Cep97、Cers2、Chdh、Cldn11、Cnp、Cntn2、Cpm、Cpox、Creb5、Cryab、Cyp2j12、D16Ertd472e、D1Ertd622e、D7Ertd443e、Daam2、Ddit4、Ddr1、Degs1、Depdc7、Dnajb2、Dock10、Dock5、Dpy19l1、Dusp26、Edil3、Efnb3、Elovl7、Endod1、Enpp2、Enpp4、Erbb2ip、Erbb3、Ermn、Fa2h、Fam134b、Fam46a、Fbxo32、Fbxw15、Folh1、Frmd4b、Fth1、Gab1、Galnt5、Galnt6、Gatm、Gbp11、Gjb1、Gjc2、Glul、Gm10471、Gm1979、Gm21671、Gm5535、Gm5862、Gm7361、Gm9895、Gng11、Gng8、Gpr37、Gpt、Grm3、Gstm7、Hapln2、Hebp1、I730030J21Rik、Il33、Inf2、Insc、Josd2、Kcnj2、Kcnk13、Kctd13、Kctd3、Kif13b、Klhl2、Klk6、Kndc1、Lap3、Larp6、Lipa、Litaf、Lrrc8b、Lzts2、Mag、Mal、Map6d1、Map7、Mast3、Mast4、Mboat1、Mbp、Mcam、Mobp、Mog、Myo1d、Myrf、Ndrg1、Neat1、Nfe2l3、Nhlrc4、Nipal4、Nkain1、Nkain2、Nmral1、Olfml1、Opalin、Osbpl7、Pacrg、Pacs2、Pak7、Pde4b、Pde8a、Pex5l、Phlpp1、Piga、Pigz、Pik3c2b、Pim3、Pip4k2a、Pkd2l1、Pla2g16、Plcl1、Plekhg3、Plekhh1、Plp1、Pls1、Plxnb3、Ppfibp2、Ppp1r14a、Prickle2、Prima1、Prox1、Prr18、Prr5l、Prrg1、Psat1、Pstpip2、Ptgds、Ptma、Ptprd、Qdpr、Rasgrp3、Rcbtb1、Rffl、Rhob、Rhou、Rnf220、Rnf7、Rtn4、S1pr5、Sall1、Sccpdh、Sec11c、Sec14l5、Serpinb1a、Sez6l2、Sgk2、Sh3tc2、Shisa4、Shtn1、Slain1、Slc12a2、Slc25a13、Slc38a2、Slc48a1、Slc7a15、Smad7、Sox2ot、Speer4a、Spg20、St18、St6galnac3、Stmn1、Stmn4、Stxbp6、Synj2、Sytl2、Tbc1d5、Thumpd1、Tmeff1、Tmeff2、Tmem125、Tmem151a、Tmem229a、Tmem258、Tmem63a、Tmem88b、Tmem98、Tmprss5、Tnfaip6、Tnni1、Tppp、Trf、Trim36、Trim59、Tspan2、Ttll7、Tubb4a、Ugt8a、Usp31、Usp54、Vmp1、Xaf1、およびZdhhc20を含む、無選別核中の正規化発現に比べて、発現の最大の変化を有する遺伝子が挙げられる。
マウスでは、その発現をマーカーとして使用して、オリゴデンドロサイト前駆細胞(OPC)またはそれらの核を特定し得る遺伝子には、1700086L19Rik、1810041L15Rik、5730559C18Rik、6330403K07Rik、8030451O07Rik、A230077H06Rik、A730017C20Rik、Abcg2、Abhd2、Abtb2、Adam12、Adm、Alcam、Amz1、Arhgap24、Asap3、Ascl1、B3gat2、B9d1、Basp1、Bcas1、Bmp4、Brinp3、C1ql1、C1ql2、Cacng4、Calcrl、Cav1、Cav2、Ccnd1、Cd200、Cdh13、Cdh24、Cdo1、Cfap20、Chadl、Chst11、Chst2、Chst3、Chst5、Cobl、Col11a2、Col27a1、Csgalnact1、Csnk2a2、Cspg4、Cspg5、Ctxn1、Cysrt1、Dbpht2、Dcc、Dpm3、Dpysl3、Dscam、Ebf4、Eid2b、Elfn1、Elfn2、Enpp6、Epb41l2、Epn2、Eya1、Fam19a2、Fam3c、Fam89a、Fbn2、Fdps、Fhl3、Frrs1、Ftsj2、Fzd9、G0s2、Galnt3、Gfpt2、Gfra1、Gng4、Grm5、Gsx1、H2-K1、Has2、Hip1r、Hrk、Ick、Ifitm7、Igfbp3、Itga9、Itpr2、Kcnh5、Kcnh8、Khdrbs3、Klhl5、Lbh、Lhfpl3、Limd1、Lims2、Lmcd1、Lpcat2、Lrfn2、Lrrc4c、Lrrtm4、Marcks、Matn1、Matn4、Mex3b、Mfsd2a、Miat、Mir17、Mmp15、Mmp16、Mmp2、Mycl、Myt1、Ncan、Neto1、Neu4、Nova1、Nxph1、Olfm2、Olig2、Opcml、Oprl1、Pcdh15、Pcdh17、Pcdh7、Pdgfra、Pdzd2、Pfn2、Phlda1、Pmepa1、Ppfibp1、Ppp2r2b、Prr36、Prss23、Prss48、Ptgfrn、Ptpro、Pxdc1、Qpct、Rapgef3、Rasgef1b、Rcn1、Rep15、Rgcc、Rin2、Rlbp1、Rnd2、Rnf122、Rpl13、Rprm、S100a3、S100a4、S1pr2、Sapcd2、Scel、Scrg1、Sema3d、Sema5a、Sema5b、Serpine2、Sertm1、Sh3bp4、Sh3rf1、Slc1a1、Slc22a23、Slc35f1、Slc44a5、Slitrk3、Slitrk5、Slitrk6、Snhg5、Snx1、Snx22、Sox10、Sox4、Sox6、Spry4、Sstr1、Sulf2、Susd5、Tac1、Tes、Tgfa、Tmem100、Tmem132b、Tmem176b、Tnr、Tns3、Tox3、Tspan6、Vash1、Vcan、Vmn1r55、Vpreb1、Vstm2b、Vwc2、Xylt1、Zc3hav1l、Zdhhc23、Zfp365、およびZfp488を含む、無選別核中の正規化発現に比べて、発現の最大の変化を有する遺伝子が挙げられる。
いくつかの実施形態では、1、2、3個またはそれを超え、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、25、30、40、50個またはそれを超えるセット、サブセットを含む記載マーカーを用いて、ヒト、マウス、ラット、または非ヒト霊長類のいずれか由来の顆粒細胞、バスケット細胞、星状膠細胞、乏突起膠細胞、およびOPCのいずれか1個または複数の核を特定し得る。階層型クラスタリングを用いて、RNAseqプロファイル中の類似性の程度を可視化し得る。
2.ラット由来の選別核中のRNAプロファイルの差異
いくつかの実施形態では、ラット組織由来の核は、顆粒細胞、プルキンエ細胞、バスケット細胞、星状膠細胞、乏突起膠細胞およびOPC由来の核のグループに選別される。顆粒細胞、プルキンエ細胞、星状膠細胞、乏突起膠細胞、およびOPCの全体にわたり正規化した発現と比較して差次的に発現した遺伝子をマーカーとして使用し得る。例えば、AABR07001623.1、AABR07001734.1、AABR07006310.1、AABR07006713.1、AABR07006713.2、AABR07006727.1、AABR07013140.1、AABR07026032.2、AABR07030473.1、AABR07030880.1、AABR07046961.1、AABR07047823.1、AABR07049491.1、AABR07052897.1、AABR07058658.1、AABR07061428.1、AABR07070161.1、AABR07070161.6、AABR07070578.1、Abi3、Aqp9、Arhgef26、Arhgef33、Arl4a、B3gnt5、Bgn、C1ql1、C1ql2、Cacng5、Cadps2、Calb1、Calb2、Car4、Car8、Cav1、Cbln1、Ccnd1、Cdh15、Cdk2、Cep76、Cldn11、Clmp、Col12a1、Col5a3、Cspg4、Cyp2d5、Enpp1、Ermn、Fam107b、Fam89a、Fat2、Gabra6、Gabrd、Gdf10、Gjd2、Gldc、Gli1、Gpr37、Gpr63、Grm8、Hapln2、Hpcal4、Id4、Il16、Itga7、Itga9、Itih3、Itpr1、Kcnh1、Kcnj12、Klk6、Lama3、Lfng、Lgi4、Lims2、Lypd6、Mag、Mal、March11、Mobp、Mog、Msx2、Mt2A、Nkain4、Opalin、Pdgfra、Plch1、Plk2、Plxdc1、Pmel、Pou3f2、Ppfibp1、Ppp1r17、Prr5l、Prrt2、Qdpr、Rasgrp3、Rbfox3、RGD1561557、RGD1561849、Rlbp1、Ryr1、S1pr1、Scara3、Selplg、Serpine2、Slc1a6、Slc25a18、Slc5a11、Slc7a10、Slc9a3、Snx22、Sorcs3、Sv2b、Tesc、Tmem255b、Tmem63a、Tmem88b、Tnc、およびZfp385cから選択される差次的に発現した遺伝子の少なくとも1つの発現または発現の欠如を、種特異的および細胞型特異的マーカーとして用い得る。
ラットでは、その発現をマーカーとして使用して、顆粒細胞またはそれらの核を特定し得る遺伝子には、無選別核中の正規化発現と比較して、Fat2およびRbfox3の有意に濃縮された発現が含まれる。マーカーとして使用して、プルキンエ細胞またはそれらの核を特定し得る遺伝子には、Car8およびCalb1の有意に濃縮された発現が含まれる。マーカーとして使用して、バーグマングリアまたはそれらの核を特定し得る遺伝子には、Aldh1L1およびSlc1a3の有意に濃縮された発現が含まれる。マーカーとして使用して、乏突起膠細胞(コルチコポンチン錐体細胞)またはそれらの核を特定し得る遺伝子には、Colgalt2の有意に濃縮された発現が含まれる。マーカーとして使用して、バーグマングリアまたはそれらの核を特定し得る遺伝子には、Hs3st4の有意に濃縮された発現が含まれる。Hs3st4は、皮質視床錐体細胞に特異的であることが観察されたが、Pde1aおよびCsmd1は、乏突起膠細胞およびOPC(両方とも、皮質錐体細胞型)中で発現されることが観察された。
いくつかの実施形態では、Itih3の発現を、小脳の星状膠細胞型のバーグマングリア、および小脳の非バーグマングリア星状膠細胞型の両方のマーカーとして使用し得る。6つの細胞型の核に対する追加のマーカーには、次記を含み得る:顆粒細胞核に対するテスカルシン(Tesc)、プルキンエ細胞核に対する炭酸脱水酵素8(Car8)、バスケット細胞核に対するMarch11、星状膠細胞核に対するインター-アルファ-トリプシンインヒビター重鎖3(Inter-Alpha-Trypsin Inhibitor Heavy Chain 3)(Itih3)、オリゴデンドロサイト核に対するMog、およびオリゴデンドロサイト前駆細胞核に対する血小板由来増殖因子受容体アルファ(Pdgfra)。
いくつかの実施形態では、Allen Mouse Brain Atlasインサイツハイブリダイゼーションデータベースを用いて、マーカーの局在化を分析して細胞型を確認した。
いくつかの実施形態では、1、2、3個またはそれを超え、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、25、30、40、50個またはそれを超えるセット、サブセットを含む記載マーカーを用いて、ヒト、マウス、ラット、または非ヒト霊長類のいずれか由来の顆粒細胞、バスケット細胞、星状膠細胞、乏突起膠細胞、およびOPCのいずれか1個または複数の核を特定し得る。階層型クラスタリングを用いて、RNAseqプロファイル中の類似性の程度を可視化し得る。
3.ヒト由来の選別核中のRNAプロファイルの差異
16人のヒト死後脳由来の試料の分析により、加齢、性別、組織試料の自己融解時間、およびストレスについての特定の分子的結果は、細胞型間で異なるが、それぞれの場合でシナプス発生および維持に関与する遺伝子の発現は減少したことが明らかになった。堅牢で、細胞型特異的な分子経路は、16人のドナーの内の3人の脳で発生した病態生理学的応答を示した。3人の脳試料の小脳顆粒細胞は、多くの前初期遺伝子を含む一連の224個の遺伝子の堅牢な誘導を示すことが観察され、GOカテゴリー(タンパク質折り畳み/リフォールディング、アポトーシス、ストレスに対する転写性応答、外部刺激に対する応答、ATPアーゼ活性、など)に関し濃縮されて、いくつかの外部影響に対する急性応答を示したが、これらのドナーの共通の臨床的状態はまだ、明らかにならなかった。実施例で述べたように、脳卒中または脳損傷を示す、自己融解時間との無相関およびグリアマーカーの非誘導が明らかになった。培養マウス顆粒細胞中で活性依存性遺伝子発現変化が広範に特徴付けられたが、これらの3人のヒト試料中で特定された応答は、重なり合っていても、明確に区別できるものであった。本明細書の結果は、ヒト脳におけるこれらの応答を誘発するシグナルの特定を目的とするモデル系またはiPS細胞の実験的研究のための道しるべとなる。本明細書で記載の細胞プロファイリング技術を用いた分子プロファイリングは、任意の種に適用でき、ヒト細胞型機能および機能障害に関連する分子事象の研究のための手段を提供する。
いくつかの実施形態では、Rbfox3およびFat2の増大した発現をヒトの顆粒細胞由来の核のマーカーとして用い得る。あるいは、March11の増大した発現をヒトのバスケット/星状細胞由来の核のマーカーとして用い得る。あるいは、Aldh1a1およびSlc1a3の増大した発現をヒトの星状膠細胞の核のマーカーとして用い得る。あるいは、Mogの増大した発現を成熟乏突起膠細胞のマーカーとして用い得る。あるいは、Pdgfraおよびコンドロイチン硫酸プロテオグリカン4(Cspg4)の増大した発現をOPCのマーカーとして用い得る。
いくつかの実施形態では、1、2、3個またはそれを超え、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、25、30、40、50個またはそれを超えるセット、サブセットを含む記載マーカーを用いて、ヒト、マウス、ラット、または非ヒト霊長類のいずれか由来の顆粒細胞、バスケット細胞、星状膠細胞、乏突起膠細胞、およびOPCのいずれか1個または複数の核を特定し得る。階層型クラスタリングを用いて、RNAseqプロファイル中の類似性の程度を可視化し得る。
C.ヒト細胞型の直接決定
本明細書で記載の細胞プロファイリング技術はまた、マウスで特徴付けられている細胞型とは無関係に使用し得る。理由は、マウスおよびヒト由来のニューロンの間では、差異があり、ヒト特異的ニューロンサブタイプが存在し得るためである。関心領域由来の無選別核の転写プロファイルの試験により、選別のための推定細胞型特異的遺伝子を特定した。マウスでは、無選別核中で低レベルで発現していることが観察された染色体関連転写物(CAT)およびポリA+転写物は、多くの場合、1つまたはいくつかの細胞型で高レベルに発現していた。種間の差異を異なる細胞型に対し探求し、その知見は、インサイツハイブリダイゼーションおよび免疫蛍光法により裏付けられた。特定の細胞型由来のヒト核RNAは、本明細書で記載の細胞プロファイリング法と同じ方策を用いてプロファイル解析された。
IV.核プロファイルの比較分析
マウス、ラット、およびヒト由来の複数の細胞型の核の単離と転写プロファイリングが本明細書で記載される。例えば、細胞型は、大脳基底核、視床、小脳、または海馬組織に起源を持つ。小脳に起源を持つ細胞型には、プルキンエ細胞、顆粒細胞、バーグマングリア、バスケット/星状細胞、星状膠細胞、乏突起膠細胞、および小脳深部核細胞が挙げられる。これらの試料は、個々間および種全体間の差異を決定する分析のために、配列決定された。いくつかの実施形態では、結果が組織切片を用いたインサイツハイブリダイゼーションにより確認される。
特定のCNS細胞型の分子特性の特徴付けを行う正確で効率的な非遺伝的方法の開発のための推進力は、ヒト生物学の直接調査を可能とすることである。主要な差異は、マウスとヒトとの間の同じ細胞型中の遺伝子発現の間で観察される。ヒト疾患の遺伝的原因を特定する研究の爆発的な増加およびこれらが遺伝子量の単純な変化を伴う病変を含み得るという動物モデルおよびヒト両方における驚くべき実証実験を考慮すると、正常脳および罹患脳における細胞型の詳細の探求が必須である。したがって、本明細書で記載の細胞プロファイリング技術を用いた実験系で得られたヒト細胞型特異的特性を示すデータの比較分析は、CNS回路に影響を与える多岐にわたるヒト障害の理解を前進させるであろう。
最近の進化モデル(Arendt,D.(2008).Nat Rev Genet 9,868-882およびArendt,et al.(2016)Nat Rev Genet 17,744-757、これらの文献のそれぞれは、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる)は、本明細書で記載の細胞プロファイリング技術を用いて生成したデータの考察に役立つ細胞型のコンセンサス定義であった。このモデルによると、相同細胞型の特定の特性は、それらが特有の共通調節装置により定義されたままである限り、変化し得る。例えば、プルキンエ細胞、顆粒細胞、または星状膠細胞遺伝子発現プロファイルは、種間で、あるいは個々の細胞型中で、それらの細胞型独自性を失うことなく、変化できる。この定義は、種間の細胞型の機能的変化およびシス調節配列の変異による細胞型内で変化した遺伝子の発現の両方に適合する。本明細書でデータは、げっ歯類とヒト脳との間の各細胞型におけるオルソロガス遺伝子の発現の主要な差異を実証する。これらの数百の差異は、細胞型特異的であり、顆粒ニューロンでは、これらの遺伝子のほとんどは、脳の他の領域で発現したまま残される。これらのデータは、相同ヒトおよびマウスCNS細胞型の微調整された生化学が顕著に異なることを示す。
ここで提供した結果は、哺乳動物脳の進化に対する2つの大きな洞察をもたらす。第1に、その結果は、以前に発表された進化の機序としてのシス調節配列分岐の例(Maricic,et al.(2012)Molecular Biology and Evolution 30,844-852;Prud’homme,et al.(2006)Nature 440,1050-1053;Weyer et al.,Mol Biol Evol.2016 Feb;33(2):316-322,2015;これらのそれぞれは、その全体が参照により本明細書に組み込まれる)と一致するが、ほとんどの本明細書で実証された細胞特異的事象に対する高度に濃縮されたGOカテゴリーの欠如は、調節の変化は、哺乳動物脳の相同細胞型間の表現型変化の主要な促進要因であることを強く示唆する。これは、上記で提示の進化モデルと一致する。理由は、それが、細胞の機能特性の実質的な進化を可能とするが、同時に、所定の細胞型を規定するコア調節複合体(CoRC)を維持しているためである(Arendt,et al.(2016)Nat Rev Genet 17,744-757、この文献は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる)。第2に、本明細書で実証された発現差異は大きく、分析は高信頼性オルソロガス遺伝子に限定された。このデータは、マウスオルソログを欠くヒト遺伝子の発現のかなりの変化を報告した前駆細胞の以前の研究を補完する(Florio et al,Science.2015 Mar 27;347(6229):1465-70、この文献は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる)。まとめると、これらのデータセットは、マウスとヒト細胞型間の発現差異は、完全に細胞型特異的であり、表現型の観点から重要である。
本明細書で方法を用いたヒト試料のプロファイリングの特定の実施形態では、相関係数は、試料間で(r=0.98~1.0)であり、結果は極めて再現性があり、自己融解時間の核RNAの発現プロファイルに与える影響は小さいことを示している。性別および年齢が、CNS細胞型における遺伝子発現に異なった影響を与えるという最初の指摘は、本明細書で記載の細胞プロファイリング技術が、性的二型のヒト行動および特異的脳回路の加齢の両方の詳細な調査にとって、充分に正確であることを示す。例えば、本明細書で記載の細胞プロファイリング技術によるヒト脳の比較分析は、晩期発症型のヒト障害に選択的に弱い細胞型に対する加齢の影響についての洞察を可能とする。
A.種間で異なる細胞型特異的機能の特定
小脳における細胞の組織化は、マウスとヒト間で類似であるが、多くの差異が残されている。例えば、マウス細胞に比べて、ヒト細胞中で、プルキンエ細胞は、遙かに広く分布しており、NeuN細胞はプルキンエ層中に広がっており、これは、ヒト小脳は、マウスに比べて、異なる組織化を有しているという証拠である。さらに、プルキンエ細胞体および核のサイズは、マウス中に比べて、ヒト中でより大きい。いくつかの実施形態では、RNAseqを用いて、種間の遺伝子発現を比較して種特異的マーカーを特定し得る。例えば、顆粒、星状、およびグリア細胞由来の、プロテインチロシンキナーゼ2ベータ(Ptk2b)、溶質輸送体ファミリー43メンバー2(Slc43a2)、グルタミン酸イオンチャネル型受容体カイニン酸型サブユニット3(Grik3)、Itpr1、プロトカドヘリン9(Pcdh9)、およびRASグアニル放出タンパク質1(Rasgrp1)核を使用して、ヒトとマウス核とを識別し得る。小脳は、種全体で最も保存された脳構造の1つであるので、その他の脳領域では、より多くの構造的および分子的差異が観察される可能性がより高い。
同じ種由来の試料間で不均一性が示される場合があるが、異なる種の各細胞型に最も特異的な遺伝子がその細胞型に特有のマーカーとして使用され得る。いくつかの実施形態では、2つ以上の遺伝子の発現を用いて、特定の細胞型を特定し得る。顆粒細胞、プルキンエ細胞、星状膠細胞、乏突起膠細胞、およびOPCなどの細胞型全体の正規化発現に比較して、差次的に発現した遺伝子は、目的の細胞型に対する少なくとも1つのマーカーを特定する分析から除かれ得る。
いくつかの実施形態では、最も特異的遺伝子は、本明細書に記載の特異性指数(SI)のアルゴリズムを用いて計算される。例えば、ヒト試料に由来の顆粒細胞の核における最も特異的遺伝子(特異性の減少順)は、Cadps2、Reln、Synpr、Galnt5、Ccm2l、Srrm4、Tmem266、Cckbr、Cerkl、Chn2、Grik2、Mal2、Fat2、Adamts16、Lcn8、Fstl5、Tll1、Vsnl1、Rit2、Slc8a2、Slc17a7、Zp2、Tspan18、Fgf5、Prag1、Slc6a7、Rims1、Cdh7、L1cam、Mical2、Ptk2b、Kcnh1、Arhgap29、Cdk15、Pde3b、Itga4、Etv1、Tmem178、Chgb、Col13a1、Rnf152、Kcnk1、Il16、Sstr2、Als2、Barhl1、Scn2a、Cbln1、Dusp5、Ndst3、Lurap1l、Kcnj12、Snai2、Ifnlr1、Neurod1、Cdyl2、Ppp1r1c、Jkamp、Neurl1a、Trhde、Mfsd9、Xkr7、Barhl2、Cbln3、Uncx、Ptchd1、Cblb、Runx1t1、Sphkap、Gabra6、Coro2a、Bmper、Dkk4、Camk4、Unc13c、Trp53i11、Ephb1、Glb1l3、Mdga1、Kcnc1、Tmem252、Mpp7、Hipk4、Tmem51、Cacnb3、Cyb5a、Tmem2、6430573F11Rik、Rasgrp1、Rab37、Adarb1、Svop、Pgm5、Mthfd1l、Cdh15、Vwc2、Disp2、Tspan15、Slc26a5、およびLhfpである。例えば、マウス試料に由来の顆粒細胞の核における最も特異的遺伝子(特異性の減少順)は、Gabra6、Grin2c、Fat2、Cadps2、Ptpn22、Chn2、Neurod1、Calb2、Trhde、Il16、Ppfia4、Cbln1、Sidt1、Tmem266、Gabrd、Reln、Kcnj12、Gprc5c、Rims3、Tll1、Cbln3、Olfm3、Slc17a7、Chgb、Kcnh1、Cdh15、Barhl2、Dusp5、Kcnc1、Camk4、Des、Cerkl、Svep1、Uncx、Slc8a2、Cacna2d1、Pxylp1、Ptchd1、Sel1l3、Rtn4r、Cacna1e、Patj、Atp2b3、Marveld2、Kcnk10、Rab15、Rapgef4、Rims1、Tmem178、Ak4、Lin7a、Igfbp5、Tesc、Neurl1a、Vat1l、Msra、Vsnl1、Rps6ka1、Lhfp、Kcnk3、Ryr2、Exph5、Kif26b、Adamts18、Cntnap4、Tspan18、Mmp24、Cdh8、Ablim3、Cadm3、Ntf3、Pld5、Syndig1l、Galnt15、Etv1、Sh2d1a、Scn2a、Panx2、Speg、Bsn、Rnf112、Il20rb、Slc16a10、Ntn4、Adcy1、Mapk12、Boc、Syt12、Fstl5、Tead4、Clcn1、Pde3b、Pgm2l1、Tmtc4、Abcc8、Olfm1、Nedd4l、Lurap1、Krt24、およびAls2である。例えば、ラット試料に由来の顆粒細胞の核における最も特異的遺伝子(特異性の減少順)は、Tesc、Itga7、Rbfox3、AABR07013140.1、Calb2、Kcnh1、Cdh15、AABR07030880.1、Prrt2、Gabrd、Il16、Scara3、Cbln1、AABR07026032.2、Cadps2、Sv2b、Fat2、Gabra6、Car4、Kcnj12、Nrep、AABR07043098.3、Rtn4r、Shisa8、Sel1l3、Grb7、Rgl3、Dusp5、Chn2、Lamp5、Pagr1、Cemip、Gprc5c、Shf、Wdr66、Tmem44、Reln、Tll1、Slc17a7、Pax6、Capn1、Calhm3、AABR07043098.1、Camk4、Selm、Sema3g、LOC100360491、Diras2、Agbl2、Mctp1、Mvp、Tmem51、Vsnl1、Plk5、Mrgprf、LOC100910401、Ak4、Wscd2、Grin2a、Cfap74、Rnf39、Cbln3、Fzd7、Golga7b、AABR07033679.1、Ptpn22、Grin2c、Ablim1、Kcnk1、Arpp21、C1rl、Zscan30、Maf、Rtn4rl1、Barhl2、Kcnk12、Actl6b、AABR07053850.1、Sdc1、Camkk2、Nudcd3、Ccdc155、Cbfa2t3、AABR07037151.1、Etv1、Jph3、Itga11、Rnf182、RGD1560784、Plcxd3、Ablim3、Rims1、Nyx、Uncx、AABR07034445.1、AABR07025051.3、Kcnk10、Kcnk3、Nol3、およびAls2である。
例えば、マウス試料に由来のプルキンエ細胞の核における最も特異的遺伝子(特異性の減少順)は、Car8、Calb1、Arhgef33、Atp2a3、Itpr1、Ppp1r17、Slc1a6、Slc9a3、Trpc3、Casq2、Clic6、Plekhd1、Ryr1、Cacna1g、Pcp2、Sycp1、Pde5a、Tspan11、Gpr63、Nell1、Cep76、Bcl11a、Grid2ip、Htr1b、Pet100、Strip2、Plxdc1、Skor2、Dagla、Garnl3、Itpka、Myo10、Gng13、Kcnip1、Trabd2b、Rnf207、Scn4b、Arhgap20、Grip1、Pde9a、Ppp4r4、Cck、Ebf1、Bean1、Tuba8、Smpx、Ebf2、Slc19a1、Ccdc85a、Flt3、Camk2a、Sh2d4b、Homer3、Stk17b、Clec2l、Hrh2、Ksr2、Chtf18、Vax2、Foxp4、Ankrd33b、Cpne9、Corin、Il22、Prkag3、Cep126、Slc20a1、Akain1、Nrk、Pih1h3b、Inpp5a、Lhx1、Sptbn2、Paxbp1、Dner、Doc2b、Tspoap1、Gfra2、Fhl5、Dmd、Kcnab2、Serinc2、Car7、Dnah6、Prmt8、Prkcg、Mdfi、Dgkh、Fam117a、Nek2、Fmnl1、Atl2、Cfap161、Lin28b、Cacna2d2、Ptchd4、Pkp3、Shank1、Grid2、Nefhである。例えば、ラット試料に由来のプルキンエ細胞の核における最も特異的遺伝子(特異性の減少順)は、Arhgef33、Car8、Slc1a6、Calb1、Ppp1r17、Itpr1、Zfp385c、Ryr1、AABR07030473.1、Slc9a3、AABR07006713.1、AABR07006713.2、RGD1561557、Gpr63、AABR07049491.1、AABR070067271.1、Plxdc1、Cep76、Fam107b、B3gnt5、Far2、AC108261.1、Grid2ip、AABR07072628.1、Kcnip1、AABR07006724.1、Trpc3、Phka2、Car7、Fam117a、Hes3、Casq2、Dgkh、Arhgap26、Trabd2b、Nell1、Bcl11a、Col18a1、LOC100125362、Ptchd4、Camk2a、Dyrk4、Kitlg、Kcnab1、Nxnl2、Ltk、LOC689927、AABR07056156.1、Cpne8、Htr1b、AABR07033570.1、Icmt、AABR07047598.1、Cstf2t、Grik1、Itpka、LOC100910996、Hpcal1、Efna5、Myo10、Rgs8、Skor2、Il22、Slc12a3、Cpne9、AABR07007980.2、Cacna1g、Doc2b、Sptbn2、LOC108351705、AABR07035926.1、AABR07037943.1、Pcp2、AABR07061860.1、AABR07024820.1、Impg1、Nkiras2、Krtap12-2、Tmem123、AABR07044009.1、Ptprr、Homer3、Garnl3、Sos1、Kcnab1、Cntn3、LOC304725、Stk17b、AABR07047604.1、Zdhhc23、Scn4b、AC126640.1、Pde9a、Ptprb、Prkcg、Pcp4、AABR07056374.1、Fstl4、Ppp4r4、およびNup93である。
例えば、ヒト試料に由来のバスケット細胞の核における最も特異的遺伝子(特異性の減少順)は、Bhlhe22、March11、Kit、Tfap2b、Clmp、Lbx1、Slc38a5、Frmd3、Btbd11、Lipg、Rab3b、Lrrc38、Galnt14、Cnr1、Tcerg1l、Cbln2、Siah3、Stac2、Scgn、Rspo1、Lmcd1、Lpl、Adra1b、Gad2、Chrna3、Socs2、Trpc6、Kcna3、Syn3、Eml5、Nefl、Fam84a、Trpc5、KIAA1644、Hrh3、Disp3、Tfap2a、Gjd2、Adamts2、Sorcs3、Ptprk、Timp3、Gjb4、Ehd3、Cxcl12、Actc1、Pnma2、Fam43a、Adam11、Dact2、Rgs16、Slc5a8、Exph5、Cfap221、Myo16、Megf10、Cacna1d、Pax2、Efna5、Plch1、Gabrg2、Prrt4、Itga5、Sp5、Nefm、Grik3、Cx3cl1、Fbxo24、Lect2、Nefh、Efnb3、Grk3、Mpz、Syt2、Scrt1、Cdc42ep3、Trim67、Grin2b、Rab3c、Plxna4、Fzd8、Elmod1、Smim17、Slc8a3、Nrip3、Plekhg5、Arl4a、Grm8、Cntnap5a、Maats1、Loxl2、Arap3、Dcx、Nyap2、Skor1、Pvalb、Ppm1j、Slc5a4a、Tmem132e、およびCygbである。例えば、マウス試料に由来のバスケット細胞の核における最も特異的遺伝子(特異性の減少順)は、Adamts15、March11、Tfap2b、Socs2、Penk、Bhlhe22、Plch1、Adamts16、Adrb2、Frmd3、Clmp、Cacna2d3、Trpc7、Galnt18、Tbc1d4、Asgr1、Kit、Tfap2a、Fam84a、Gjd2、Grik3、Lrrc38、Chst9、Flrt2、Chac1、Grm8、Esrrg、Slc6a7、Pla2g4e、Stac2、Cabp1、Phf24、Camk1g、Btbd11、Stc2、Sorcs3、Lamb1、Trpc5、Coro6、Slc32a1、Kirrel、Cdkl1、Chst1、Asns、Sp5、Cryba2、Aldh1l2、Kcnab3、Tg、Plxna4、Prkcd、Cgn、Tcte1、Trim67、Osbpl10、Serpini1、Slc7a1、Gpr22、Cntn4、Skor1、Slc7a3、Atp1b1、Kcna2、Cebpb、Parm1、Dock7、Eml5、Cnih3、Asic2、Hpcal4、Adamts2、Masp1、Plxnc1、Gabrg2、Mtfp1、Ntn1、Ret、Zfp423、Nln、Man2a1、Neurod6、Grin2d、Angptl3、Cnr1、Tmem132e、Apcdd1、Rasgrf1、Hcn1、Scnn1g、Ly6e、Pax2、Rab3c、Rph3a、Rai2、Gad2、Mpp7、Arl4a、Igsf3、Tmem179、およびSorbs2である。例えば、ラット試料に由来のバスケット細胞の核における最も特異的遺伝子(特異性の減少順)は、Plch1、AABR07001734.1、Lypd6、Lama3、March11、Gldc、Grm8、AABR07047823.1、AABR07001623.1、Gjd2、Arl4a、AABR07070578.1、Hpcal4、AABR07061428.1、Col12a1、Enpp1、Sorcs3、Clmp、Plk2、Arhgef26、RGD1561667、Asic2、AABR07026472.1、AC124896.1、Trpc5、AABR07052084.1、AABR07059478.1、Kit、Nt5dc2、AABR07041885.1、Hcn1、Skor1、Prdm8、Phf24、Esrrg、Grik3、Bhlhe22、Mir346、Tmem200a、AABR07003600.7、Scn9a、Inpp4b、Ace、Kcna2、Adra1d、Slc32a1、Cntnap4、Grid1、Trpc7、Begain、AABR07049535.3、Frmpd4、Tfap2b、Cnr1、AABR07054088.3、Zcchc16、Trpv6、Grb10、Pax2、Nrxn3、Tyms、Grid1、Myt1l、Disp3、AABR07063359.1、Btn1a1、Rn60_10_0565.6、AABR07041972.1、Osbpl10、Six4、Mir384、Tbc1d4、Cabp1、AABR07003600.2、AABR07057590.1、Adrb2、Cacna1d、Plxnc1、Dusp22、Hecw1、Gdpd4、rno-mir-344a-1、Lgi2、AABR07060291.2、Adarb2、Angpt1、Rspo4、Rn50_7_1158.3、Dcx、AABR07065531.31、Onecut1、Mkx、Rgs4、Kcnc2、Hgf、Fgf13、Itga8、AABR07070578.2、Apcdd1、およびTrim15である。
例えば、ヒト試料に由来の星状膠細胞の核における最も特異的遺伝子(特異性の減少順)は、S1pr1、Gja1、Lgi4、Efemp1、Etnppl、Aqp4、Rgma、Lgr6、Lcat、Tril、Serpini2、Pgghg、Slc1a3、Gfap、Aldh1a1、Pla2g5、Fxyd1、Wdr49、Gli1、Nfatc4、Scara3、Slc4a4、Lama2、Cdc42ep4、Gabrg3、P2ry1、Gabra2、Colec12、Mlc1、Slc7a11、Aldh1l1、Sox9、Lgals3、Mgst1、Gatsl3、Ahnak、Pipox、Rhoj、Arhgef26、Arhgef28、Srpx、Mt3、Atp1a2、Fxyd7、Lfng、Lamb2、Gdf10、F3、Sdc4、Hspb1、Hes1、Slc12a4、Mertk、C3、AI464131、Id4、Vit、Fjx1、Ccdc80、Adora2b、Ryr3、Mfge8、Plekho2、Elovl2、Fam179a、Cebpb、Acss1、Slc13a5、Ednrb、Pltp、Il33、Tlr4、Fam198b、Isyna1、Glis3、Dao、Fgfr3、Ncan、Msx2、Spatc1、Pdgfrb、Tubb2b、Fat3、Fam167a、Col22a1、Tcf7l1、Ndrg2、Nhsl1、Ddit4l、Pbxip1、Rasl12、Sh3bp2、Aplnr、Robo3、Rubcnl、Rab34、Gtf2a1l、Fgfr2、Kank2、およびRfx4である。例えば、マウス試料に由来の星状膠細胞の核における最も特異的遺伝子(特異性の減少順)は、Gdf10、Slc1a3、Fxyd1、Dao、A2m、Lfng、Lgi4、Mybpc1、Cdc42ep4、Slco4a1、Fam20a、Lcat、Acot11、Vim、Nwd1、S1pr1、Tnc、Rbm24、Acsbg1、Ntsr2、Prex2、Cables1、Gli1、Etnppl、Pla2g7、Phkg1、Nhsl1、Slc14a1、Plekho2、Gjb6、Plce1、Itih3、Sdc4、Mertk、Prr5、Sparcl1、Id4、Mlc1、Pax3、Gpr153、Abi3bp、Pltp、Fxyd7、Rpusd3、Aqp4、Igdcc3、Fgfr3、Mt3、Atp1a2、Gabrb1、Ndrg2、Ucp2、Plpp3、Frem1、Elovl2、Gli2、Efhd2、Zic4、Oplah、Cxcl14、Mfge8、Sox9、Atp13a4、AI464131、Pdlim4、Rfx4、Traf1、Dmp1、Gabra4、Gja1、Etv4、Map2k6、Wwc1、Syt10、Sparc、Tril、Slc25a18、Aldh1l1、Eva1a、Mxra8、Lgr6、Rgma、Egfr、Slc39a12、Slc8b1、Glipr2、Axl、Aass、Hk2、Itpkb、Ramp2、Pyroxd2、Gabra2、Tcf7l1、Garem2、Wnt6、Dfna5、Fam92b、Plxnb1、およびVamp1である。例えば、ラット試料に由来の星状膠細胞の核における最も特異的遺伝子(特異性の減少順)は、AABR07070161.1、Itih3、Gdf10、Gli1、Slc25a18、Nkain4、Tnc、Msx2、S1pr1、Slc7a10、Aqp9、Mt2A、Lgi4、Pou3f2、Id4、Cacng5、Cyp2d5、AABR07058658.1、AABR07070161.6、Lfng、AABR07070161.3、Fam107a、Nat8f3、Ctxn3、Aldh1l1、Entpd2、Rbm24、Slc1a3、Mlc1、Cxcl14、Hif3a、Fxyd1、Acsbg1、AABR07070161.7、Notch3、Il33、Nwd1、Cdc42ep4、Samd9l、Gabrb1、Plpp3、Cxcr4、Rgma、Itm2a、Ednrb、Pdlim4、Sgca、Sncaip、Prodh1、Agt、Slc14a1、AABR07032343.1、AABR07035782.1、Marc1、Fgfr3、AABR07070161.5、AC109886.1、Prr5、Aqp4、Plekho2、AABR07035780.2、Sh2b2、F3、Sparcl1、Eva1a、Pltp、Gfap、Cyp2d4、Crlf1、Sdc4、Sod3、Dao、Chst1、AABR07001555.1、AABR07063346.1、Mpp6、Ptch2、AABR07031767.1、AC105604.1、Grin2b、Pygm、Etnppl、Slc15a2、Casp4、Gria1、Slc4a4、Camk2g、Cbs、AABR07035175.1、Ntsr2、Gja1、Aspg、Sfxn5、Ccbe1、Ahnak、Gramd3、Ndrg2、Mt3、Shroom3、およびMyh11である。
例えば、マウス試料に由来の乏突起膠細胞の核における最も特異的遺伝子(特異性の減少順)は、Klk6、Mog、Gldn、Cndp1、Gm20425、Tmem98、Slc5a11、Mag、Carns1、Gpr37、Cdk18、Hhatl、Anln、Enpp2、Folh1、Sec14l5、Myrf、Plp1、Mal、Gjb1、Itga2、Cpm、Plpp2、Cntn2、Ermn、Opalin、Abca8b、Lpar1、Pld1、Sall1、Cercam、Dock5、Pi16、Man2a1、Pex5l、Tmem63a、Tmem125、Gipr、Sh3tc2、D7Ertd443e、Kel、Ldb3、Ccdc152、Cldn11、Synj2、Lrp2、Ninj2、Psrc1、Ndrg1、Actn2、Sgk2、Trim59、Plekhg3、Larp6、Slc45a3、Cnp、Col4a5、Pde8a、Rhobtb1、D16Ertd472e、Qdpr、Enpp6、Rhou、Sema3c、Gsn、Cyr61、Capn3、Hoxd1、Frmd4b、Tmem144、Galnt6、Pkmyt1、Fbxo32、Pla2g16、Dpyd、Sh3gl3、Prima1、Rasal1、Fa2h、Fam124a、Treh、Paqr4、Azgp1、Plekhh1、Dapk2、Knop1、Sema3b、Elovl1、Shroom4、Car2、Necab1、Aspa、Gab1、Kif6、Hhip、Ugt8a、Iqgap1、Map6d1、Eln、およびPllpである。例えば、マウス試料に由来の乏突起膠細胞の核における最も特異的遺伝子(特異性の減少順)は、Gpr37、Pex5l、Hapln2、Apod、Ermn、Prr5l、Aspa、Efnb3、Anln、Mog、Plp1、Plekhh1、Tmem63a、Il33、D7Ertd443e、Sec14l5、Carns1、Tnfaip6、Galnt6、Galnt5、Ndrg1、Cldn11、Gjc2、Pla2g16、Fth1、Opalin、Car2、Dock5、Gm20425、Sall1、Pkd2l1、Kcnk13、Ppp1r14a、Gatm、Serpinb1a、Pde8a、Tnni1、Glul、Tmprss5、Nipal4、Trim59、Mal、Slc12a2、Qdpr、Litaf、Gjb1、Edil3、Pls1、Mboat1、St6galnac3、Gng11、Enpp2、Cpm、Pstpip2、Trim36、Klk6、Myo1d、Tmem98、Synj2、4933413G19Rik、Mag、Insc、Pigh、Pik3c2b、Ninj2、Trpv3、Car14、Tmem125、Map7、Cdk18、Depdc7、Aatk、Myrf、Cnp、Stmn4、Chdh、Nek4、Frmd4b、Ugt8a、Palm2、Arsg、Ccdc152、Efemp1、Piga、Rftn1、Itgb4、Emilin2、Enpp4、Nkain2、Adamtsl4、Hcn2、Plxnb3、Dpy19l1、Arhgap23、Prima1、Gipr、Sh3tc2、Tubb4a、Map6d1、およびKctd13である。例えば、ラット試料に由来の乏突起膠細胞の核における最も特異的遺伝子(特異性の減少順)は、Gpr37、Pex5l、Hapln2、Apod、Ermn、Prr5l、Aspa、Efnb3、Anln、Mog、Plp1、Plekhh1、Tmem63a、Il33、D7Ertd443e、Sec14l5、Carns1、Tnfaip6、Galnt6、Galnt5、Ndrg1、Cldn11、Gjc2、Pla2g16、Fth1、Opalin、Car2、Dock5、Gm20425、Sall1、Pkd2l1、Kcnk13、Ppp1r14a、Gatm、Serpinb1a、Pde8a、Tnni1、Glul、Tmprss5、Nipal4、Trim59、Mal、Slc12a2、Qdpr、Litaf、Gjb1、Edil3、Pls1、Mboat1、St6galnac3、Gng11、Enpp2、Cpm、Pstpip2、Trim36、Klk6、Myo1d、Tmem98、Synj2、4933413G19Rik、Mag、Insc、Pigh、Pik3c2b、Ninj2、Trpv3、Car14、Tmem125、Map7、Cdk18、Depdc7、Aatk、Myrf、Cnp、Stmn4、Chdh、Nek4、Frmd4b、Ugt8a、Palm2、Arsg、Ccdc152、Efemp1、Piga、Rftn1、Itgb4、Emilin2、Enpp4、Nkain2、Adamtsl4、Hcn2、Plxnb3、Dpy19l1、Arhgap23、Prima1、Gipr、Sh3tc2、Tubb4a、Map6d1、Kctd13、Mog、Opalin、Mobp、Tmem63a、AABR07006310.1、Hapln2、Klk6、Qdpr、Selplg、Cldn11、Mal、Ermn、AABR07046961.1、Abi3、Gpr37、Tmem88b、Rasgrp3、Prr5l、Slc5a11、Mag、LOC100362909、Tmem176b、LOC100302465、Cx3cr1、Ctss、Carns1、Tmem125、Tmem176a、Sec14l5、Tf、C1qb、Apod、S1pr5、Rn60_5_1374.5、Plp1、Insc、Mbp、Pls1、Tmem98、Anln、Ndrg1、Pafah1B1、Pex5l、LOC361016、Galnt6、Trim36、AABR07017693.1、Gpatch4、Plekhg3、Hamp、Csf1r、Gjc2、Car14、Trim59、AABR07053870.1、Gpr84、Plekhh1、Ghr、Kndc1、Slco2b1、Cd74、Aspa、Trpv3、AABR07008030.1、Aplp1、Tgfbr2、Gjb1、Ptp4a3、Prima1、Pik3c2b、AABR07036035.1、Sall1、Plpp2、Pld4、Fam102b、Cd33、Cdkn1a、Nkd1、Elovl7、Piga、Inf2、Blnk、Enpp4、Il18、Spata13、Mettl7a、Inpp5d、Myrf、Gjc3、Trim2、AABR07012039.1、AABR07033887.1、Enpp2、Pacs2、C1qa、Trem2、Slc45a3、Hhip、Anxa3、およびAABR07022098.1である。
例えば、ヒト試料に由来のOPCの核における最も特異的遺伝子(特異性の減少順)は、Fermt1、Lims2、C1ql1、Sstr1、Olig1、Bambi、Usp43、B3gnt7、Pdgfra、C1ql2、Olig2、Fmo3、Cspg5、Galr1、Gpc2、Fibin、Cspg4、Col11a1、Bche、Col9a1、Afap1l2、Cldn1、Plpp4、Sox13、Plat、Neu4、D630023F18Rik、Col20a1、Pxylp1、Asic4、Spsb4、Prelp、Gpr34、Best3、Stk32b、Akr1c14、Susd5、Ophn1、Mmp16、Sulf2、Prkg2、Tns3、B3galt4、Fgfbp3、Nkain3、Ntn1、Ascl1、Sema5a、Hrasls、Gal3st4、Ebf4、Tmem132d、Nt5e、Jag1、Megf11、Ildr2、Plppr1、Dcc、Ntn4、Sox6、Cacng4、Pxdn、Sapcd2、Tnk2、Slc43a3、Adamts6、Vsig8、Itm2a、Marcksl1、Alk、Smoc1、Cacna2d3、Tm4sf1、Bgn、Pdgfc、Atp2c2、Aldh1a3、Prrx1、Meis3、Cxxc4、Cd27、Sema3e、Adamts17、Akr1c20、Arhgap10、Crispld2、Sipa1l2、Ppp1r36、Gng12、Syt17、Midn、Gadd45a、Khdrbs3、Thbs4、Vipr2、Ccnd1、Iffo1、Atoh8、Exosc4、およびPde7bである。例えば、マウス試料に由来のOPCの核における最も特異的遺伝子(特異性の減少順)は、Neu4、C1ql1、Ppfibp1、3110035E14Rik、Pdgfra、Rgcc、Susd5、Itga9、Tes、Rprm、Rep15、Cspg4、Matn4、Amz1、1810041L15Rik、Pxdc1、Tox3、Sh3bp4、Elfn1、Galnt3、Lmcd1、Serpine2、C1ql2、Neto1、Grm5、Mmp2、Col11a2、Sema3d、Lims2、Cav1、Sapcd2、Rcn1、Ptpro、Ccnd1、Ptgfrn、Ncan、5730559C18Rik、Lpcat2、Olig2、Fhl3、Tspan6、Rin2、Ascl1、Basp1、Pmepa1、Fzd9、Fam114a1、Abhd2、Ctxn1、Cspg5、Cfap20、Vwc2、Cdo1、Cdh13、Marcks、Gsx1、Sertm1、Slc1a1、Matn1、Has2、Lama4、Mycl、Klhl5、Kcnh5、Kcnh8、Sema5a、Enpp6、Slc5a7、Cav2、Lbh、Adm、Adam12、S100a4、Mfsd2a、Igfbp3、Midn、Asap3、Prkg2、Rlbp1、Abcg2、Vstm2b、Dock6、Fbn1、Frrs1、Khdrbs3、Slitrk6、Chst11、Ptpn14、Dpysl3、Slc44a5、Eya1、Sox6、Phox2a、Col11a1、Swap70、Fam89a、Mrm2、Lypd1、Shisa7、およびPcdh17である。例えば、ラット試料に由来のOPCの核における最も特異的遺伝子(特異性の減少順)は、Fam89a、Pdgfra、RGD1561849、Rlbp1、Ccnd1、Tmem255b、C1ql1、Bgn、Itga9、Ppfibp1、Snx22、Col5a3、Pmel、Cav1、Serpine2、Cspg4、Lims2、AABR07052897.1、C1ql2、Cdk2、AABR07010022.1、Cacng4、Matn4、AABR07049948.1、Susd5、Prkg2、Pxdc1、RGD1566029、AABR07003304.1、Sapcd2、Cspg5、Mmp15、Rgcc、Slc22a6、Sema5b、Qprt、Pnlip、Slc6a12、RGD1311892、AABR07003306.1、AABR07044671.1、Rbpjl、Chst5、Traf4、Sox6、Cox6b2、Pcdh15、Cd101、Xylt1、 AABR07003304.2、Calcrl、Col1a1、Lama4、Elfn1、Ampd3、Fam212b、Slc6a13、Sstr1、Sema3d、AC141997.1、Cpne7、Ptgfrn、Wbscr28、Ryr3、Gpsm2、Neto1、Chst11、Slc22a8、Pstpip2、AABR07044668.1、Bcas1、Igf2、Lbh、Olfm2、Ndnf、Vstm2b、AABR07058656.1、Rep15、Vtn、Eln、Ramp1、Pmepa1、Gpnmb、Ptpro、Limd1、Cdh13、Nrxn2、Mgp、Myt1、Marcks、LOC100362216、AABR07043601.4、LOC102553018、Masp1、Sulf2、Tle6、Fam114a1、Tmem100、Ccnd2、およびRasgef1bである。
いくつかの実施形態では、特異性ランクが、マウスとヒトとの間より、マウスとラットとの間でより保存されていることが観察された。いくつかの実施形態では、Geno Ontology(GO)分析を各細胞型または種に特異的と見なされる遺伝子に対し実施して、同じ経路で遺伝子が機能するかどうかを判定し得る。いくつかの実施形態では、所定の細胞型における細胞型または種特異的マーカーの発現の変化が、別のファミリーメンバーで観察される。例えば、Pde1cを小脳のマウス細胞型またはその核のために使用し得、Pde1a発現を小脳のヒト細胞型またはその核のために使用し得る。
いくつかの実施形態では、プロテインチロシンキナーゼ2ベータ(Ptk2b)、溶質輸送体ファミリー43メンバー2(Slc43a2)、グルタミン酸イオンチャネル型受容体カイニン酸型サブユニット3(Grik3)、Itpr1、プロトカドヘリン9(Pcdh9)、およびRaSグアニル放出タンパク質1(Rasgrp1)の発現レベルの差異を使用して、ヒトおよびマウスに由来する顆粒、グリア、およびバスケット/星状細胞由来の核の間で、識別される。
B.異種間分析による細胞型特異的および種特異的遺伝子発現の分析
いくつかの実施形態では、最も変化する遺伝子が、3つの種全体にわたり正規化RNAseq結果と比較する各細胞型からの選別核由来のRNAseq結果の比較から特定される。いくつかの実施形態では、細胞型特異的および種特異的遺伝子は、細胞型中の最大変化および分析した種中の最大変化の片方または両方を有する遺伝子により特定され得る。いくつかの実施形態では、種中で最大の発現の変化を有することが観察された遺伝子は、細胞型によりさらに識別され得る。例えば、核は、細胞型中より、種中で大きな差別化を有し得る。いくつかの実施形態では、階層型クラスタリングを用いて、各変動成分により得られる分離の程度を観察し得る。
いくつかの実施形態では、Pcsk2、Pcsk6、およびPcsk8を用いて、細胞型および種の両方により核の分類がなされる。あるいは、Pcsk1およびPcsk3を用いて、細胞型により核の分類がなされる。
いくつかの実施形態では、核構造が、各細胞型全体にわたる遺伝子発現調節または疾患感受性の差異と比較され得る。
C.ヒト試料の臨床属性の効果
いくつかの実施形態では、臨床属性による核のプロファイルの差異を分析して、属性のマーカーを特定し得る。例えば、プロファイル差異が異なる期間の自己融解時間、性別、年齢、およびストレスで観察された。
自己融解は、以前の調査で遺伝子発現に対し僅かな効果しか有さないことが観察された。(Gupta et al.,2012,BMC Genomics 13,26、この文献は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる)。いくつかの実施形態では、選別核中の少なくとも4つの遺伝子の発現を用いて、自己融解の種々の段階でヒト試料由来の顆粒細胞を特定し得る。いくつかの実施形態では、少なくとも1つの遺伝子の発現を用いて、自己融解の種々の段階でヒト試料由来のバスケット/星状細胞またはグリアを特定し得る。いくつかの実施形態では、キネシンファミリーメンバー19(Kif19)の発現レベルを測定して、自己融解時間を決定し得る。例えば、より高いレベルのKif19の発現は、より長い自己融解時間を示し、より低いレベルのKif19の発現は、より短い自己融解時間を示す。発現レベルは、試料全体にわたる正規化発現と比べられ得る。いくつかの実施形態では、より高い発現レベルのFosB癌原遺伝子、AP-1転写因子サブユニット(FosB)は、約5時間~約24時間の中間的自己融解時間を示す。
また、性別特異的および細胞型特異的遺伝子発現を特定して、性別の遺伝子発現に対する効果を決定し得る。Xistは、X染色体不活性化に関与し、雌のみに発現されるX染色体上の遺伝子である。次に、我々は、性別が特定の細胞型の遺伝子発現に影響を及ぼすかどうかを分析した。Xistに対しアンチセンスとして作用する遺伝子であるTsixは、雌のグリア中のみで発現することが観察された。これは、性別特異的および細胞型特異的遺伝子発現の1例である。
いくつかの実施形態では、雄および雌試料から単離された核のプロファイルを比較して、性別特異的マーカーを決定し得る。例えば、無選別核全体の正規化発現に比較して、KDM5D、RPS4Y1、ZFY、DDX3Y、TTTY15、TTTY14、USP9Y、UTY、GYG2P1、NLGN4Y、TXLNGY、LINC00278、PRKY、および/またはTTTY10の発現の増加は、雄試料由来の核のマーカーとして使用し得る。さらに、ZFX、PUDP、KDM5C、LOC389906、PIN4、MTRNR2L8、MTRNR2L6、COL4A1、DHFR、LOC101929541、TSIX、MIR6723、および/またはXISTの発現の低下は、雌試料由来の核のマーカーとして使用し得る。いくつかの実施形態では、発現結果をさらに分析して、細胞型および性別特異的マーカーが特定される。例えば、長鎖遺伝子間非タンパク質コードRNA278(LINC00278)の増大した発現を用いて、雌試料由来のグリアから、雄試料由来のグリアを識別し得る。さらに、無選別核全体の正規化発現に比べて、配列類似性を有するファミリー8メンバーA4、偽遺伝子(Fam8a4p)、アリールスルファターゼD偽遺伝子1(Arsdp1)、およびGyg2p1の発現の増大は、雄試料に由来する星状細胞からの核のマーカーとして使用し得る。
年齢が細胞型に一様に影響を与えるかどうかを判定するために、種々の年齢のヒト由来の試料中で差次的に発現した遺伝子を特定し得る。いくつかの実施形態では、核中の次の遺伝子:ABCC10、ACAP3、ACHE、ATF6B、ATP6V0B、CACNA2D3、CUL7、DNAJB5、EGR1、FZR1、GBAP1、GPR107、GRK5、KCTD21-AS1、KLHL22、LINC00499、LINGO2、LOC100132077、LOC100506990、LOC101927592、MIR9-3HG、MPND、MTRF1、POLR2J3、PPP6R2、PRSS55、PTMS、RNF17、SNAI3-AS1、SPHK2、ST3GAL2、TAOK2、TRDN、WASH7P、ZFPM1、ZNF404、ZNF496、ZNF580、ZNF585A、ZNF607、ZNF84、およびZSCAN29の発現の差異を用いて、試料を得た対象の年齢を決定し得る。
いくつかの実施形態では、プロファイルのさらなる分析により、年齢特異的および細胞型特異的マーカーが提供され得る。例えば、種々の年齢の試料全体の正規化発現に比べて、次の遺伝子:KCNQ3、SCHLAP1、UGGT2、PLXDC2、ITGB5、DCLK1、AQP7、PTPN3、FAT1、CMTM8、FARP1、PIP4K2A、NEDD4、CATSPERG、LOC101926、941、WWC2、MPP6、SDK1、NAB2、NTNG2、LMNTD2、PLCH2、PTPRJ、MRAP2、PTMS、CDH23、SYT7、SPRED3、PLXNA1、GRK5、ZYX、FGF3、LINC01544、PCYT1B、RHBG、HCN2、ACAP3、MGAT3、C1orf61、SURF2、AHRR、FAM131A、CHGB、PLXNA4、ACHE、DYRK1B、CDK5R2、GDPD5、ZNF703、FHDC1、LOC101927、078、CREB3L2、AP1S3、DYSF、MAMSTR、KIAA0895L、TP73、PDE3A、LINC00963、ELAVL3、TTYH3、HPN、PTPRE、SLC17A7、GRIN2C、PXN、TMEM130、LRPAP1、GRM4、STEAP3、CHRD、SBNO2、ZDHHC23、GACAT2、MAP6D1、FAM53A、KIAA1549L、SLC38A7、CDK16、CALY、LPCAT4、SLC25A6、SRCIN1、ELMO1、GRAMD4、RIMS3、CPLX2、PIP5K1C、SDC3、CBLN3、PDZD7、VWA5B2、ZNF219、FAM212B、RASIP1、GYS1、ATP6V0B、NKD1、ST3GAL2、PTK7、ACOT7、ATXN7L2、DAO、SYT12、ADAM19、HIP1、GABBR1、SYT3、TP53INP2、KCNK3、TPM4、RNF152、KCNK10、EPB41L1、ABCC10、NAV2、ERGIC1、BAD、KIF3B、RAI2、XKR7、PTK2B、CHST12、TRIM67、DHDDS、NUMBL、KCND3、LRRC1、RAB37、KCNIP2、RAB6B、PC、TCEAL2、MEG8、FMNL3、MAPK4、DGCR5、REEP1、GTPBP2、KIF26B、NRXN2、ZNRF1、C14orf132、FLNB、EFR3B、RBFOX3、PPP2R2C、KLHDC4、PILRA、CLSTN3、CABIN1、NHSL2、LYRM1、KCNA2、SLC38A10、DGKA、TMEM266、FAM135B、ATP2B2、TMEM163、UNC5B、TPM3、MICAL2、GNAO1、GABBR2、KCNK1、USP4、TEX2、PRKAG2、APBA2、SUSD6、HDHD2、NAA20、CRIPT、KNTC1、RPS6KA5、PHF10、PCGF5、DPY19L4、APH1B、ZNF546、ABCA17P、CDH26、CBWD6、ZNF736、CFAP70、UBE4A、TTC32、CFAP53、PXDNL、CPVL、GLIPR1、COL25A1、MTHFD2L、LSM5、LOC100505、715、NR3C2、TOM1L1、ANKRD42、SLC8A1、-AS1、ATAD2、GAB1、CCDC146、ELMOD1、CFAP74、C1orf146、P4HA2、RANBP3L、OTUD6B、-AS1、EYS、ALS2CR11、LECT1、BHLHE40、-AS1、STAB2、PXYLP1、LOC101929、710、LINC00499、RHOBTB3、CRYBG3、NPY6R、RGS20、C2orf73、YIPF7、BUB1B、CFAP43、LOC102724、623、LRRC69、STK3、CLIC5、CACNA2D3、C2orf27A、LOC105378、385、BEST3、EPHA6、LOC100506、393、MEF2C、GTSCR1、ELOVL2、SPATA9、PLSCR4、GCK、LINC01032、MEF2C-AS1、BMS1P21、CASP12、CLMP、ERBIN、TMC3-AS1、CXXC4、DCBLD1、GSTO2、PLOD2、P4HA2-AS1、TTC23L、CPLX3、SOX13、PRDM1、RSPO2、TSG1、MIR31HG、CTB-12O2.1、PLCH1、JAML、SEMA3G、LOC101928、203、GLRA1、SYT16、SYN3、ARHGAP32、MIR646HG、ALCAM、SCGN、LINC01515、およびLOC101929415の差次的発現を、顆粒細胞を特定するマーカーとして使用し得る。
例えば、種々の年齢の試料全体の正規化発現に比べて、次の遺伝子:ACER3、ACSS3、ADAMTS2、ADAMTS9、ADAMTSL3、ADD2、ADGRL3、AKAP13、ALOX5、ALS2CR11、ARHGEF10L、ARHGEF6、ASIC1、ASIC2、ATP6V0B、BMP3、BTBD11、C11orf87、C14orf1、C4orf22、C9orf135、CA7、CACNA1D、CACNA2D3、CACNB4、CADM3、CADPS、CALR、CDK15、CFAP46、CLSTN3、CNTN3、CPNE8、CYYR1、DBH、DCC、DDO、DGKH、DISP3、DLG1、DLG4、DMGDH、DNAH6、DNER、E2F3、ECHDC2、ELOVL2、ENPP1、EPHB1、ERC2、FAM135B、FAM46C、FBXL21、FGF5、FHOD3、FKBP5、FRMPD4、GABBR2、GALNT18、GAP43、GBAP1、GDF11、GPR161、GPR63、GREB1、HCN4、HECTD2-AS1、IQSEC3、KCNA4、KIF26B、KRT222、LACTB2-AS1、LHFPL3、LINC00457、LINC00499、LINC01158、LOC105377448、LOC285692、LOC653602、LPCAT4、MARC2、MARCH11、MASP1、MEGF10、MTHFSD、MYRIP、NHS、NOS1、NPL、NPY6R、NTNG1、NXNL2、PAQR6、PARM1、PCP4、PEBP4、PHACTR2-AS1、PHKA1、PLPPR4、PLXNA4、PRKCG、RGMB、RNF212、RNF215、RORA、RPH3A、RPS6KA5、SCN2B、SEPSECS、SEPSECS-AS1、SHANK1、SHANK2、SLC12A5、SLC17A4、SLC25A29、SLC26A8、SLC35F4、SLC8A3、SPARCL1、SPHK2、SPON2、ST6GAL2、ST6GALNAC5、STAT5A、STK33、SV2C、SYT17、TEX9、TFAP2B、THSD7B、TMEM178B、TRAF5、TRIM67、TTC23L、TUNAR、UBASH3B、UNC5D、ZNF124、およびZYG11Aの差次的発現を、バスケット細胞を特定するマーカーとして使用し得る。
例えば、種々の年齢の試料全体の正規化発現に比べて、次の遺伝子:ADAMTS7、ANKRD33B、AOX1、C1orf95、CACNG4、CACNG8、CAPN9、CRTAC1、DACH1、EFHD2、EGF、ETS1、FRAS1、IMPA2、LINC00499、LINC00844、LINC01208、LOC101927078、LOC102724360、PKDCC、PLXNA4、PRR5、RHCG、ROBO2、SEMA5B、SHROOM2、SLIT2、TRDN、TXNIP、VWA5A、およびWNT7Bの差次的発現を、グリアを特定するマーカーとして使用し得る。
いくつかの実施形態では、核中の遺伝子発現
D.マーカーおよび標的の選択
いくつかの実施形態では、異なる種中の遺伝子オルソログ間で選別核に関連する変化した発現の分析が行われる。例えば、1:1オルソログの発現を比較して、結果が、種中の遺伝子アノテーションの差異ではなく、変化した発現に起因することが保証される。
いくつかの実施形態では、さらなる分析を実施して、変化した発現が種中のアノテーションの差異に起因しないことを保証し得る。例えば、1:1オルソログを有する遺伝子のみを使用して、発現レベルを決定し得る。分析は、マウス、ラット、およびヒトなどの種中で、1kb長さより大きい遺伝子、および/または長さの2倍未満の差異を有する遺伝子にさらに限定され得る。いくつかの実施形態では、細胞型特異的遺伝子または種特異的遺伝子は、次記:1810041L15Rik、2810459M11Rik、3110035E14Rik、A2m、Adamts15、Adra1a、AI593442、Aldh1a1、Anln、Apcdd1、Apod、Aqp4、Arhgef33、Ascl1、Asgr1、Aspa、Atp1a2、Atp2a3、B3gnt5、B3gnt7、Bcl11a、Bhlhe22、C1ql1、C1ql2、Cacna1g、Cacng4、Calb1、Camk1g、Car8、Carns1、Casq2、Cbln2、Ccdc152、Ccdc180、Ccnd2、Cd82、Cd9、Cdh19、Cdhr1、Cldn11、Clec7a、Clmn、Cmtm5、Cntn3、Cntnap5a、Cobl、Col5a3、Col6a1、Cpm、Cryab、Cspg4、Csrp1、D7Ertd443e、Ddx3y、Dock5、Dpy19l2、Ebf2、Echdc2、Efna5、Enpp2、Erbb3、Ermn、Etnppl、Fa2h、Fam46a、Fgfr2、Flrt2、Fmo3、Folh1、Foxh1、Fsip2、Fxyd1、Fxyd7、Gad2、Gal3st1、Galnt5、Galnt6、Galr1、Gdf10、Gfap、Gja1、Gjb1、Gjc2、Gldn、Gli1、Glp2r、Glul、Gm136、Gnb3、Gng11、Gpr37、Gpr37l1、Gpr63、Gpx2、Gramd3、Grb14、Gria3、Grik3、Grm1、Grm5、Gsn、Hapln2、Hepacam、Hhatl、Hspa1b、Htr1b、Id4、Igsf11、Il22、Il33、Insc、Itgb8、Itih3、Itpr1、Kcnc2、Kcnj10、Kif19a、Kit、Kitl、Klk6、Leng9、Lfng、Lgi4、Lims2、Mag、Mak、Mal、March11、Marcksl1、Mcam、Mff、Mfge8、Mlc1、Mog、mt-Co1、mt-Nd4、Mybpc1、Myot、Myrf、Ndrg1、Nell1、Neto1、Neu4、Ninj2、Nkx2-2、Notch1、Nrk、Olig1、Olig2、Opalin、Pax3、Pcp2、Pdc、Pdgfra、Pdzd3、Penk、Pex5l、Pgghg、Phyhip、Pkp3、Pla2g16、Plch1、Plekhd1、Plekhg3、Pllp、Plp1、Plpp3、Plpp4、Plscr1、Plxnb3、Pmp2、Pmp22、Ppfibp1、Ppp1r14a、Ppp1r17、Prex1、Prex2、Prima1、Prkcg、Prr5、Prrg3、Prrx1、Ptchd4、Ptprk、Ptprz1、Pttg1、Pvalb、Pxdc1、Qk、Rapgef3、Rassf2、Rbp2、Rbpjl、Rgcc、Rgma、Ryr1、S100b、S1pr1、Sall1、Sec14l5、Serpine2、Shisa6、Skor2、Slc1a3、Slc1a6、Slc26a3、Slc32a1、Slc4a4、Slc5a11、Slc9a3、Slitrk6、Socs2、Sorcs3、Sox10、Sox2、Sox6、Sox8、Stag3、Stk32a、Sulf2、Susd5、Tceal7、Tfap2b、Thbs2、Tmem125、Tmem132d、Tmem63a、Tmem98、Tnc、Tnfrsf13c、Tns3、Trabd2b、Tril、Trpc3、Trpc7、Tshb、Tspan11、Tspan2、Tuba8、Tubb2b、Txnip、Ube2b、Ugt8a、Upp1、Vstm2b、Wfdc1、Xrra1、Zcchc24、Zeb2、およびZfp36l1を含むマウス、ラット、およびヒト核全体中の250個の最も変化する遺伝子から選択され得る。
V.特定された標的の調節
いくつかの実施形態では、表2~4の1つから選択される少なくとも1つの遺伝子が、少なくとも1つの疾患、障害、または状態と関連付けられる。疾患、障害または状態と関連付けられた遺伝子またはその発現は、疾患標的とも呼ばれる。いくつかの実施形態では、疾患、障害、状態を治療する方法は、疾患標的の発現を調節するための治療法の使用を含む。いくつかの実施形態では、治療法は、表2~4から選択される少なくとも1つの転写物を標的とする。いくつかの実施形態では、治療法は、表2~4から選択される少なくとも1つのタンパク質を標的とする。いくつかの実施形態では、治療法は、小分子薬物またはRNA干渉(RNAi)分子(siRNAなど)、遺伝子療法剤、または細胞療法剤などの医薬組成物である。
VI.定義
以下は、用語定義の非限定的リストである。
本明細書で使用される場合、目的の1個または複数の値に適用される「約(about)」という用語は、示した基準値に類似の値を意味する。特定の実施形態では、用語の「約(approximately)」または「約(about)」は、別に定める場合を除き、または文脈から別義が明らかでない限り(このような数字が可能な値の100%を超えると思われる場合を除き)、示した基準値のいずれかの方向(超または未満)で、25%、20%、19%、18%、17%、16%、15%、14%、13%、12%、11%、10%、9%、8%、7%、6%、5%、4%、3%、2%、1%、0.9%、0.8%、0.7%、0.6%、0.5%、0.4%、0.3%、0.2%、0.1%、またはこれ未満の内に入る値の範囲を意味する。
本明細書で使用される場合、「抗体」という用語は、免疫グロブリン分子の可変領域に位置する少なくとも1つの抗原認識部位を介して、標的に特異的結合できる免疫グロブリン分子、例えば、ポリヌクレオチド、ポリペプチド、タンパク質などを意味する。用語の「抗体」は、無処理の(例えば、完全長)ポリクローナルまたはモノクローナル抗体のみでなく、その抗原結合フラグメント(Fab、Fab’、F(ab’)2、Fvなど)、単鎖(scFv)、その変異体、抗体部分を含む融合タンパク質、ヒト化抗体、キメラ抗体、ディアボディ、直鎖抗体、単鎖抗体、多重特異的抗体(例えば、二重特異性抗体)および抗体のグリコシル化バリアント、抗体のアミノ酸配列バリアント、および共有結合により改変された抗体を含む必要とされる特異性の抗原認識部位を含む任意の他の改変された立体配置の免疫グロブリン分子も包含する。抗体は、任意のクラスの抗体、例えば、IgD、IgE、IgG、IgA、またはIgM(またはそのサブクラス)を含み、また、抗体はいずれか特定のクラスのものである必要はない。
本明細書で使用される場合、「細胞特異的プロファイリング」という用語は、核トランスクリプトームを使用して、細胞の独自性を正確に定義することを意味する。
本明細書で使用される場合、「染色体関連転写物(CAT)」という用語は、合成の間に染色体で保持される転写物を意味する。
本明細書で使用される場合、「患部組織」または「罹患試料」という用語は、疾患状態を経験している対象から採取した試料を意味する。
本明細書で使用される場合、「DNAプローブ」または「RNAプローブ」という用語は、プローブの配列に相補的なヌクレオチド配列にハイブリッド形成するDNAまたはRNAフラグメント(通常100~1000塩基長)を意味する。プローブは、可視化のための、放射、蛍光、または化学(例えば、ビオチン)標識であってよい。
本明細書で使用される場合、「薬物標的」または「治療のための標的」という用語は、薬物または治療法により作用を受けて細胞型中の遺伝子発現を調節し得るヌクレオチド配列を意味する。
本明細書で使用される場合、「因子」という用語は、DNAまたはRNAプローブにハイブリッド形成されて、または抗体により特異的に結合されて、特定の細胞型の核の正確な選別を可能とするヌクレオチド配列を意味する。
本明細書で使用される場合、「遺伝子発現」または「発現」という用語は、1つまたは複数の次の事象のレベルを意味する:(1)DNA配列からのRNAテンプレートの生成(例えば、転写により);(2)RNA転写物のプロセッシング(例えば、スプライシング、編集、5’キャップ形成、および/または3’末端処理);(3)RNAのポリペプチドまたはタンパク質への翻訳;(4)ポリペプチドまたはタンパク質の折り畳み;および(5)ポリペプチドまたはタンパク質の翻訳後修飾。
本明細書で使用される場合、「細胞プロファイリング技術」という用語は、死後組織中の細胞型の集団の分子プロファイリングのための非遺伝的方法を意味する。
本明細書で使用される場合、「ポリA転写物」という用語は、分子の安定性を高めるために、RNAプロセッシング中にメッセンジャーRNA(mRNA)分子に付加されるアデニンヌクレオチド鎖を意味する。
本明細書で使用される場合、「標識」という用語は、別の実体に付着、組み込み、または結合される1個または複数のマーカー、シグナル、または部分を意味し、このマーカー、シグナルまたは部分は、X線、蛍光、化学発光、酵素活性、吸光度、などを含む当該技術分野において既知の方法により容易に検出される。検出可能な親和標識には、放射性同位元素、フルオロフォア、発色団、酵素、染料、金属イオン、ビオチン、アビジン、ストレプトアビジンおよびハプテンなどのリガンド、量子ドット、などが挙げられる。検出可能な親和標識は、標識が付着、組み込みまたは結合する実体中の任意の位置に配置されてよい。例えば、ペプチドまたはタンパク質と付着、組み込みまたは結合する場合、それらは、アミノ酸、ペプチド、またはタンパク質内にあってもよく、またはNまたはC末端に位置してもよい。
本明細書で使用される場合、「最も特異的遺伝子」という用語は、他の分析された遺伝子の特異性指数(SI)値に比べて、より低いSI値を有する遺伝子を意味する。このSI値は、実施例1に記載のアルゴリズムを用いて計算される。
本明細書で使用される場合、「組織試料」という用語は、発生源から採取した一定分量または部分を意味し、分析または処理のために提供される。いくつかの実施形態では、試料は、組織、細胞、または構成部分(例えば、限定されないが血液、粘液、リンパ液、関節液、脳脊髄液、唾液、羊水、羊膜帯血、尿、膣液、および精液を含む体液)などの生物源由来である。いくつかの実施形態では、試料は、全生物またはその組織のサブセット、細胞もしくは構成部分、またはその画分もしくは部分から調製された、ホモジネート、溶解物、または抽出物であっても、これらを含んでもよく、これらには、限定されないが、例えば、血漿、血清、髄液、リンパ液、皮膚、呼吸器、腸、および尿生殖路の外部部分、引裂、唾液、乳汁、血液細胞、腫瘍、器官が含まれる。いくつかの実施形態では、試料は、栄養素ブロスまたはゲルなどの培地であるかまたはこれを含み、これは、タンパク質または核酸分子などの細胞成分を含み得る。いくつかの実施形態では、試料は、1回または複数回の処理(例えば、分離、精製などの)ステップに供されて、分析または他の用途のための試料が調製される。
本明細書で使用される場合、「遺伝子導入動物」という用語は、そのゲノム中に挿入された外部遺伝子を有する動物を意味する。
本明細書で使用される場合、「翻訳リボソーム親和性精製(TRAP)」という用語は、遺伝子導入動物由来の単一組織中の多様な細胞型の分子サインを特定する方法を意味する。
本明細書で記載されるのは、死後組織中の細胞型の集団の分子プロファイリング方法である。本発明の1つ以上の実施形態の詳細を以下の説明で記載する。本明細書に記載されているものと類似または同等の任意の材料および方法を本発明の実施または試験に使用できるが、好ましい材料および方法が以下で記載される。他の本発明の特徴、目的、利点はその記述から明らかであろう。その記述では、文脈から明確に別義が示されない限り、単数形は複数形も含む。特に断らなければ、本明細書で使用される全ての技術的および科学的用語は、本発明が属する当業者により一般に理解されているものと同じ意味を有する。何らかの不一致がある場合は、本明細書の記述が優先される。
本発明は、以下の非限定的な実施例によってさらに説明される。
実施例
実施例1.実験手順
次の実験手順を用いて、本明細書の実施例2~23に記載の実験を実施した。
A.緩衝液の調製
緩衝液は、Kriaucionis et al.,Science,324(5929):929-930(2009)に記載されているようにして調製した。RNAを単離するためのプロトコルに関与する緩衝液中に含まれる場合は、RNアーゼ不含離水を使用し、それ以外は、ミリQ水を使用した。
本明細書の実施例で使用した緩衝液Aは、60%イオジキサノール(Optiprep,Sigma-Aldrich,St.Louis,MO;カタログ番号D1556-250ML)である。緩衝液Aは、使用するまでフォイルで覆って保存した。本明細書の実施例で使用した緩衝液Bは、900mMのKCl、30mMのMgCl、120mMのトリシン-KOH(pH7.8)を含む。緩衝液AおよびBは、室温(RT)で保存した。
本明細書の実施例で使用した緩衝液Cには、50%イオジキサノール(5体積の緩衝液Aおよび1体積の緩衝液B)、0.5mMのスペルミジン、0.15mMのスペルミン、EDTA不含プロテアーゼ阻害剤反応混液(Roche Holding AG,Basel,Switzerland;Sigma-Aldrich,St.Louis,MOにより配布;カタログ番号11836170001)、1mMのDTT、および200単位/mLのSuperasin(Thermo Fisher Scientific,Waltham,MA;カタログ番号AM2696)を含めた。本明細書の実施例で使用した緩衝液Dには、0.25Mスクロース、150mMのKCl、5mMのMgCl、20mMのトリシン-KOH(pH7.8)、0.5mMのスペルミジン、0.15mMのスペルミン、EDTA不含プロテアーゼ阻害剤反応混液、50μLの1mMのDTT、200単位/mLのSuperasin、および400単位/mLのRNasin(Promega,Madison,WI;カタログ番号N2515)を含めた。
本明細書の実施例で使用した緩衝液Eには、27%イオジキサノール(1体積の緩衝液Dに対し、1.174体積の緩衝液C)を含めた。本明細書の実施例の分析のために使用される洗浄/ブロッキング緩衝液には、0.05%のトリトンX-100を含むPBS中の3%BSAを含めた;BSAはJackson ImmunoResearch Laboratories,Inc.,コード番号001-000-162から入手した。本明細書の実施例で使用したRNA用の洗浄緩衝液には、0.05%のトリトンX-100を含むPBS中の50ng/mLのRNアーゼ不含BSA、1mMのDTT、および100単位/mLのSuperasinを含めた。本明細書の実施例で使用したRNA用のブロッキング緩衝液には、追加の50ng/mLのBSAで補充したRNA用洗浄緩衝液を含めた。本明細書の実施例で使用したクッション緩衝液には、500μLの緩衝液D、250μLの50%グリセロール、および5μLの10%NP-40を含めた。
B.核単離
核単離は、以前の刊行物(Kriaucionis,et al.(2009)Science 324,929-930およびMellen,et al.(2012)Cell 151,1417-1430、これらのそれぞれは、その全体が参照により本明細書に組み込まれる)に記載のプロトコルから適合させた。マウス実験の場合は、以前に記載のように、皮質および小脳を切開した。C57BL/6J動物由来の全ての組織を、液体窒素を使って急速冷凍した。bacTRAP方法での使用のために開発したマウス由来の組織を新しく切開し、ホモジナイゼーションに直接使用した。ラットおよびヒト組織を凍結して入手した。全ての凍結組織を使用前に、氷上で最低30分間解凍した。核を単離するために、新しいまたは解凍した組織を5mLのホモジナイゼーション培地(0.25Mスクロース、150mM KCl、5mM MgCl2、20mM トリシンpH7.8、0.15mMスペルミン、0.5mMスペルミジン、EDTA不含プロテアーゼ阻害剤反応混液、1mM DTT、20U/mL Superase-In RNアーゼ阻害剤、40U/mL RNasinリボヌクレアーゼ阻害剤)に移した。30ストロークの緩い(A)ガラスダンス型ホモジナイザーとそれに続く30ストロークのぴったりした(B)ガラスダンス型ホモジナイザーにより、組織をホモジナイズした。ホモジネートを、4.6mLの50%イオジキサノール溶液(50%イオジキサノール/オプティプレップ、150mM KCl、5mM MgCl2、20mM トリシンpH7.8、0.15mMスペルミン、0.5mMスペルミジン、EDTA不含プロテアーゼ阻害剤反応混液、1mM DTT、20U/mL Superase-In RNアーゼ阻害剤、40U/mL RNasinリボヌクレアーゼ阻害剤)で補充し、27%イオジキサノールクッション上に置いた。Beckmann Coulter XL-70超遠心分離機のスインギングバケットローター(SW41)中、10,000rpm、30分、4℃で遠心分離により核をペレット化した。マウス、ラット、およびヒト細胞質画分に対しては、175μLの最上層を175μLのQIAGEN(登録商標)緩衝液RLTに加え、-80℃で保存した。核ペレットをホモジナイゼーション緩衝液中に再懸濁した。
C.抗体
一次および二次抗体をブロッキング緩衝液で希釈した。二次抗体はLife TechnologiesまたはJackson Immunoresearchから購入し、1:500の希釈で使用した。一次抗体および希釈因子を表5に示す。この表で、NeuNはニューロン核抗原を意味し、Itprはイノシトール 1,4,5-三リン酸受容体1型を意味し、Sorcs3はソーティリン関連VPS10ドメイン含有受容体3を意味し、EEAT1は興奮性アミノ酸トランスポーター1を意味し、Olig2はオリゴデンドロサイト転写因子2を意味する。
Figure 0007229538000390
Figure 0007229538000391
全ての細胞型を単離するために使用した抗体の細胞型特異性を表6に示す。表示がなければ、NeuNはウサギ抗体を意味する。
Figure 0007229538000392
D.核固定および染色
単離後、ホルムアルデヒド(メタノール不含ホルムアルデヒド;Electron Microscopy Sciences,Hatfield,PA;カタログ番号15710)を1%の最終濃度まで添加することにより核を固定し、緩やかな回転を加えながら室温で8分間インキュベートした。グリシンを125mMの最終濃度まで加えることによりホルムアルデヒドをクエンチした。試料を緩やかに回転しながら室温で5分間インキュベートした。試料を4℃、1000gで4分間遠心分離し、核をペレット化した。上清を注ぎ出し、ペレットを緩衝液Dに再懸濁した。試料を4℃、1000gで4分間かけて、再度遠心分離した。上清を注ぎ出し、ペレットを洗浄緩衝液(PBS、0.05%トリトンX-100、50ng/mLのBSA、1mMのDTT、10U/μLのSuperase-In RNアーゼ阻害剤)に再懸濁した。その後、核を新しいチューブに移した後、4℃、1000gで4分間遠心分離した。上清を注ぎ出し、核をブロッキング緩衝液に再懸濁し、緩やかな回転を加えながら室温(RT)で30分間ブロッキングさせた。抗体をブロッキング緩衝液中の核に加え、RTで1時間、緩やかな回転を加えながらインキュベートした。あるいは、このインキュベーションステップを4℃で一晩(O/N)実施した。
少量の一定分量の核をこの段階で採取し、フローサイトメトリー用の未染色対照として使用した。核を1000g、4℃で3分間ペレット化し、洗浄緩衝液(PBS、0.05%トリトンX-100、50ng/mLのBSA、1mMのDTT、10U/μLのSuperase-In RNアーゼ阻害剤)で洗浄した。これをさらに2回繰り返した。最後の洗浄後、ブロッキング緩衝液中で1:500希釈の適切な二次抗体を加えた。核をフォイルで覆って、緩やかな回転を加えながらRTで30分間インキュベートした。インキュベーション後、核を1000g、4℃で3分間ペレット化し、洗浄緩衝液で洗浄した。これをさらに2回繰り返した。その後、ペレットを分析または選別用として、適切な量のブロッキング緩衝液に再懸濁した。直ぐに分析する計画がない場合、核を氷上で保存した。
E.フローサイトメトリー分析/選別
DyeCycle(商標)Ruby(dcRuby)(Thermo Fisher Scientific,Waltham,MA;カタログ番号V10273)を、マウス小脳試料当たり1~2μL、および200mgのヒト組織試料に対し5~7μL加えた。この量は、試料中の核数、緩衝液の体積、および核がマウス由来か、ヒト由来かに基づいた。dcRubyの濃度の変化は、フローサイトメーターの電圧に応じて許容された。
フローサイトメトリーの前に、核をDyeCycle(商標)Rubyを20μMの最終濃度まで用いて共染色した。BD LSRII(BD Biosciences,San Jose,CA,USA)フローサイトメーターを用い、488nm、561nm、および640nmレーザーにより核を分析した。BD FACS Ariaセルソーターを使い、488nm、561nm、および635/640nmレーザーにより核を選別した。全ての試料をDyeCycle(商標)Rubyを用いて第1ゲーティングによりシングレットを特定した。FACS Diva(BD)またはFlowJoソフトウェアを用いて分析を実施した。QIAGEN(登録商標)緩衝液RLT(非固定試料)またはQIAGEN(登録商標)緩衝液PKD(固定試料)を選別核に加え、試料を-80℃で保存した。
選別後、核をRNA単離用として保存した。保存のために、選別核にプロテイナーゼK消化緩衝液(QIAGEN(登録商標)AllPrep(登録商標)FFPE RNAキット、QIAGEN(登録商標)、カタログ番号80234)を加え、得られた混合物を-80℃で保存した。
前方散乱光(FSC)の測定値を、側方散乱光(SSC)の測定値に対しプロットし、全散乱に対しゲーティングを実施した。dcRuby強度を直線的にプロットし、電圧をシングレットに対し調節した。シングレットをゲーティングした。試料を用いた色を基準にプロットし、集団を予測染色パターンに基づいてゲーティングした。ゲーティング集団のパーセンテージを、目的の細胞型の予測パーセンテージと比較した。
F.RNAおよびDNA単離および精製
QIAGEN(登録商標)AllPrep(登録商標)FFPEキットを使用して、同じ試料からDNAおよびRNA両方を単離した。次の変更:80℃加熱ステップの前にRNAを65℃で30分間インキュベートし、その後70℃でさらに30分間インキュベートしたこと、を除いて、キットプロトコルに従って単離を実施した。
細胞質の画分または新しい核由来のRNAを、オンカラムDNアーゼ消化を加えた、QIAGEN(登録商標)RNeasy(登録商標)Microキットを用いて精製した。固定した核由来のRNAを、プロトコルQIAGEN(登録商標)RNeasy(登録商標)FFPEキットを用い、このキットに対し、プロテイナーゼK消化後、RNAを最大速度で15分間遠心分離するという変更を行って、精製した。上清を除去し、65℃で30分間、70℃で30分間、および80℃で15分間、インキュベートした。溶液中DNAアーゼ消化の代わりに、オンカラムDNアーゼ消化を実施した。RNA量をQUBIT(登録商標)RNA HSアッセイキットを用いて測定し、RNA品質を、RNA6000ピコチップを備えたAgilent 2100 Bioanalyzerを用いて測定した。
精製DNAおよびRNAをQUBIT(登録商標)(Thermo Fisher Scientific,Waltham,MA;カタログ番号Q32854およびQ32855)を用いて定量化した。また、精製されたRNA試料をAGILENT(登録商標)Bioanalyzer chip(Agilent Technologies,Santa Clara,CA;カタログ番号5067-1513)に供し、定量化およびサイズ決定を実施した。DNAを-20℃で保存し、配列決定またはエピジェネティック分析用として使用した。RNAを-80℃で保存し、cDNA合成用に使用した。
G.Nugen Ovation(登録商標)RNAseq V2キットを用いたcDNA作成およびライブラリー生成
Nugen Ovation(登録商標)RNAseq V2キットを用いて、キットプロトコルに従って、精製核RNAからcDNAを調製した。最終cDNAを、QIAGEN(登録商標)MinElute(登録商標)Reaction Cleanup Kit(カタログ番号28206)を用いて、Nugen Ovation(登録商標)RNAseq V2キットプロトコルに従って精製した。cDNA品質を、AGILENT(登録商標)TapeStationおよびD1000 ScreenTape(Agilent Technologies;Santa Clara,CA;カタログ番号5067-5582,ScreenTapeカタログ番号5067-5583)を用いて評価した。qPCR用に、1:40希釈のcDNAを調製し、予測マーカーの濃縮または欠乏を調べた。cDNAを、NanoDrop(商標)を用いて定量化した。
Illumina TruSeq DNA LT Library Preparation KitまたはIllumina用のNEBNext Multiplex Oligosを含む、Illumina用のNEBNext Ultra DNA Library Prep Kitを用いて、ライブラリーを調製した。ライブラリーの品質を、Agilent 2200 TapeStationシステムおよびD1000 High Sensitivity ScreenTapeを用いて評価した。Illumina HiSeq2500装置を用いて、Rockefeller University Genomics Resource Centerでライブラリーの配列を決定し、50bpのシングルエンドリードを取得、またはIllumina NextSeq500を用いて、75bpのペアエンドリードを取得した。全てのデータセットは、GEO(受入番号未確定)に預託した。
H.酸化的亜硫酸水素塩(oxBS)変換反応
ゲノムDNA(gDNA)は、TrueMethyl(登録商標)Whole Genome Kit(Cambridge Epigenetix Limited)用のユーザーガイドに記載のようにして、選別核から単離される。
I.免疫蛍光法
マウスを深く麻酔し、リン酸緩衝食塩水(PBS)、続けて、PBS中4%ホルムアルデヒド(w/v)で経心的に潅流した。脳を切開して、4℃で一晩後固定し、PBS中の30%スクロース中で生体組織の凍害を防ぎ、OCT TissueTeckで包埋し、Leica CM3050 Sクライオスタットで20μm切片に切り出して、これを直接スライドに取り付けた。スライドを-20℃で保存した。スライドをクエン酸ナトリウム緩衝液(10mMクエン酸ナトリウム、0.05%ツイーン20、pH6.0)中に95~100℃で浸漬し、マイクロ波中で10分間沸騰させることにより、抗原検索を実施した。スライドを室温に冷却した後、PBSで洗浄した。IFブロッキング緩衝液(0.1%トリトンX-100含有PBS中3%BSA)中で30分間ブロッキングし、一次抗体と一晩インキュベート後、PBSで3回洗浄し、二次抗体と1時間インキュベートして、PBSで洗浄し、DAPI溶液(PBS中1ug/mL)で15分間染色し、PBSで2分間洗浄して、Prolong Diamondマウンティングメディアを用いてカバーガラスで覆うことにより、免疫蛍光法を実施した。いくつかの試料に対しては、チラミドシグナル増幅を次のように実施した:スライドを、西洋ワサビペルオキシダーゼに結合した二次抗体と共にインキュベートして、PBSで3回洗浄し、TSAシアニン3検出キット由来の増幅緩衝液中のCy3と共に10分間インキュベートし、PBSで洗浄後、上述のようにDAPI染色した。全ステップを室温で実施した。マウスおよびヒトスライドに対し、同じ画像取得設定を用いて、Zeiss LSM700共焦点顕微鏡でスライドを撮像した。輝度およびコントラスト調節は、ImageJで、取得後に、マウスおよびヒト画像に対し同じ調節を適用して実施した。核染色用の上記抗体に加えて、表7に示す下記一次抗体を免疫染色法に使用した。
表7では、GFAPはグリア線維酸性タンパク質を意味し、Mogはミエリンオリゴデンドロサイト糖タンパク質を意味し、Magはミエリン関連糖タンパク質を意味し、Pde1aはホスホジエステラーゼ1Aを意味し、Pde1cはホスホジエステラーゼ1Cを意味する。
Figure 0007229538000393
本明細書で記載の抗体は、種々の方法を用いて、生成、試験、および/または特徴付けし得る。このような方法を用いて、限定されないが、抗体親和性;特異性;および活性(例えば、細胞内シグナル伝達経路またはその他の細胞または生物活性の活性化もしくは阻害)を含み得る、種々の特性を決定し得る。
動物により、細胞株により、化学的合成により、または組換え発現により、本開示の抗体分子が産生されてしまえば、その抗体分子は免疫グロブリンまたはポリペプチド分子の精製のための当該技術分野において既知の任意の方法により、例えば、クロマトグラフィー(例えば、イオン交換クロマトグラフィー、親和性、特に特異的抗原、プロテインAに対する親和性クロマトグラフィー、およびサイジングカラムクロマトグラフィー)、遠心分離、溶解度差(differential solubility)により、またはタンパク質の精製のためのいずれか他の標準的技術により、精製(すなわち、単離)することができる。さらに、本開示の抗体またはそのフラグメントを、本明細書で記載の異種ポリペプチド配列に融合して、または当該技術分野において既知の別の方法で、精製を促進することができる。
抗体と標的またはリガンド(例えば、所定の抗体を生成するために使用される抗原)との間の親和性は、1種または複数の当該技術分野において既知の結合アッセイを用いて、KDに換算して測定し得る。所定の抗体に対する目的の標的に応じて、可変KD値が望ましい場合がある。高親和性抗体は通常、約10-5M以下、例えば、約10-6M以下、約10-7M以下、約10-8M以下、約10-9M以下、約10-10M以下、約10-11M以下、または約10-12M以下のKDでリガンド結合を形成する。
J.DNAおよびRNAプローブ
代わりに、または抗体と併用して使われる、RNAおよびDNAプローブを、David et al.Biotechniques 30,769-772,2001に従って、ゲノム中の関心領域のアンチセンスフラグメントを生成するためにポリメラーゼ連鎖反応(PCR)を使って、設計し、作製し得る。
K.リアルタイムPCRおよびプライマーリスト
別々のRNA試料を、マウスおよびヒト小脳由来の細胞質画分から精製し、精製RNAをcDNAに変換し、上述のNugen Ovation(登録商標)RNAseq System V2を用いて増幅した。TAQMAN(登録商標)プローブおよびLIGHTCYCLER(登録商標)480プローブマスターミックスを用いて、LIGHTCYCLER(登録商標)480IIシステム(Roche)により定量的リアルタイムPCRを実施した。マウスおよびヒトの両方に対し、2回の生物学的反復実験を使用し、各生物学的反復実験に対し、3回の技術的反復を実施した。LIGHTCYCLER(登録商標)480ソフトウェア中の二次導関数最大法を用いてCq値を計算した。3種のハウスキーピング遺伝子:アクチンベータ(Actb)、グリセルアルデヒド-3-リン酸脱水素酵素(GAPDH)、およびRNAポリメラーゼIIサブユニットA(Polr2a)の幾何平均を用いて、デルタCq法で正規化を実施した。等分散を仮定した両側t検定を用いた統計分析を実施する前に、技術的反復が平均された(相加平均)。プライマーを表8にリストする。表8では、および本明細書で使用される場合、言及される遺伝子は、Actb、GAPDH、Polr2a、フォンウィルブランド因子Cドメイン含有2(Vwc2)、コイルドコイルドメイン含有175(Ccdc175)、Clavesin 2(Clvs2)、Pde1a、Pde1c、エンドセリン変換酵素1(Ece1)、CNKSRファミリーメンバー3(Cnksr3)である。また、この表で与えられるのは、Integrated DNA Technologies(IDT)およびThermo Fisher(Thermo)からのマウスおよびヒトIDである。
Figure 0007229538000394
L.分析に使用されたソフトウェア
データ処理ステップは、カスタムパールスクリプトに加えて、リナックスツールを利用した。標準的リナックスコマンド(例えば、awk、cut、sort、uniq)に加えて、次のパッケージを使用した:ATACseq試料のアダプタートリミングのためのTrim Galore!(v0.4.1)、STAR(v2.4.2a)およびリードアライメントのためのBowtie2(v2.1.0)、重複物の索引付けと除去のためのSAMtools(v0.1.19-44428cd)、ブラウザによる可視化用のファイル生成のためのigvtools(v2.3.32)、およびリードサマライゼーションのためのfeatureCounts(v1.5.2)。データ分析は、R Studio(v1.0.143、R:v3.4.0)を使用して実施した。base R(データラングリング、ピアソン相関、階層型クラスタリング、などのために)およびcustum R関数に加えて、次のパッケージを広範囲にわたり使用した:データラングリングと可視化のためのtidyverse(v1.1.1、これはggplot2、reshape2などを含む)、生カウントの正規化、発現差異分析、および主成分分析のためのDESeq2(v1.16.1)、gplot(v3.0.1)およびヒートマップのためのpheatmap(v1.0.8)、カラーパレットのための、RColorBrewer(v1.1-2)、およびGO分析のためのclusterProfiler(v3.4.3)。
M.ATACseqライブラリー構築および配列決定
マウス、ラットおよびヒト小脳由来の核を上述のように単離し、50,000個を氷冷PBS中で洗浄した。ATACseqライブラリーを以前に、Buenrostro,et al.(2013).Nat Methods 10,1213-1218およびBuenrostro,et al.(2015).Curr Protoc Mol Biol 109,21.29.1-.29.9(両文献は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる)に記載のようにして調製し、Chen,et al.(2016).Nature Methods.13(12):1013-1024(参照によりその全体が本明細書に組み込まれる)に従って次の修正を加えた:核を氷冷リシスバッファー中に再懸濁し、氷上でのインキュベーションステップを省略し、遠心分離を行った。Nextera DNAライブラリー調製キットを用いてライブラリーを生成した。Tn5トランスポサーゼを用いて、Nexteraから転位反応を37℃で30分間実施した。200μLの逆架橋溶液(50mM トリス-Cl、1mM EDTA、1%SDS、0.2M NaCl、5ng/ml プロテイナーゼK)を加え、混合物を、ヒートブロック中で1000rpmの振盪下、65℃で一晩インキュベートした後、QIAGEN(登録商標)MINELUTE(登録商標)キットで精製した。DNAフラグメントを精製し、AMPure XPビーズを用いてサイズを選択し、100~700bpフラグメントを得た。マウスおよびヒト小脳由来のATACseqライブラリーをIllumina HiSeq2500で配列を決定して50bpペアエンドリードを取得し、また、ラット小脳から生成したライブラリーをIllumina NextSeq500で配列を決定して75bpペアードエンドリードを取得した。全てのライブラリーを配列決定し、サンプル当たり少なくとも55Mリードを得た。
N.ATACseqリードマッピングおよび可視化
アダプター配列をトリミングし、Trim Galore!(trim_galore --stringency 3 --fastqc --paired *_R1_2.fastq.gz *_R2_2.fastq.gz)を用いて、品質に応じて、リードをフィルターにかけた。フィルターを通過したリードを、Bowtie2(Langmead,et al.(2012).Nat Methods 9,357-359、この文献は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる)を用いて、hg38、mm10またはカスタムラットゲノムに整列させた。重複リードは、SAMtools (Li,et al.(2009)Bioinformatics 25,2078-2079、この文献は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる)を用いて取り除いた。データ可視化のために、igvtoolsを用いてtdfファイルを生成した。
O.RNAseqリードマッピング、可視化、およびリードの要約
STAR(Dobin,et al.(2013).Bioinformatics 29,15-21、この文献は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる)およびアンサンブルからのゲノムアセンブリを用いて、RNAseqリードを整列させた。デフォルトのSTARパラメーターに加えて、次のパラメーターを使用した:シングルエンドに対し、(--outFilterMismatchNmax 999 --outFilterScoreMinOverLread 0 -- outFilterMatchNminOverLread 0 --outFilterMatchNmin 35 --outFilterMismatchNoverLmax 0.05)およびペアードエンドデータに対し、(--outFilterMismatchNmax 999 --alignMatesGapMax 1000000 -- outFilterScoreMinOverLread 0 --outFilterMatchNminOverLread 0 --outFilterMatchNmin 60 -- outFilterMismatchNoverLmax 0.05)。igvtoolsを使って可視化するために、整列されたbamファイルをtdfフォーマットに変換した。featureCounts(Liao,et al.(2014)Bioinformatics 30,923-930、この文献は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる)を使って、生カウントを生成した。全遺伝子に対するRefseqまたはアンサンブル遺伝子モデルアノテーションをUCSC Table Browserツールを用いてダウンロードした。Refseq(Zhao,et al.(2015).BMC Genomics 16,97、この文献は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる)アノテーションを用いた。アンサンブルは、種内比較のためのアノテーション用として選択した。種全体の比較分析のために、アンサンブルアノテーションを全ての種に対して使用し、アンサンブルから得られたオルソロガス転写物のリストと照合した。featureCountsのデフォルトパラメーターに加えて、次のパラメーターを用いた:ペアードエンドデータに対しては、リードの代わりにフラグメントをカウントし(-p)、キメラフラグメントはカウントしない(-C)。種全体の比較分析のために、遺伝子が1つの種ではオーバーラップするが別の種ではそうではない場合の問題を回避するために、リードを、2つ以上の一致メタフィーチャーに割付けることを可能とする(-O)。種間比較の場合には、2つ以上の一致メタフィーチャーにマッピングするリードは、カウントしない(デフォルト)。アノテーションを表9に示す。
Figure 0007229538000395
P.オルソログアノテーションの生成
マウス、ラット、およびヒトオルソログ、ならびにマウス-ヒト高信頼性オルソログのためのアノテーションを生成する方法は、次のようにまとめ得る:1)種全体のオルソログアノテーションをアンサンブルBioMart(リリース88)からダウンロードした、2)次記のみを含むように選別した:高信頼性対(アンサンブルオルソログ信頼性=0)、1:1オルソログ(別の種で2つ以上の転写物にオルソロガスであると注釈された転写物)、全長1kbを超える遺伝子(非翻訳領域を含む)、および種全体で2倍未満の長さの変化をする遺伝子。各遺伝子に対し、最大長のオルソロガス転写物をアノテーションのために使用した。
ラットゲノムは、不完全な注釈であるため、マウス、ヒト、およびラットの間のオルソロガス遺伝子よりも、マウスとヒトとの間で、ほぼ3,000個多くの遺伝子がオルソロガスとして特定された。
Q.遺伝子数正規化、発現差異分析、および主成分分析
生遺伝子数表をRにロードし、DESeq2(Love,et al.(2014).Genome Biology 15,550、この文献は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる)を使って、発現差異分析を実施した。年齢および自己融解時間に対しては、数値共変量をモデル化に用いた。統計的に有意な遺伝子を、0.01未満の調整p値を有するものと定義した。倍率変化カットオフは、他に断らない限り、使用しなかった。rlog関数を用いて、下流分析(例えば、ヒートマップ、クラスタリング)のための正規化数を生成した。plotPCA関数を用いて、主成分分析を実施した。バッチ効果を除去する方法は使用しなかった。予測生物学に基づくクラスタリングは、全体を通して観察されたが、バッチによるものは観察されなかった。例えば、多数の差異:調製日、組織状態(新鮮vs急速冷凍+解凍)、核状態(非固定vs固定)、核処理(なしvs抗体染色)、ライブラリープレップキット(Illumina vs. NEB)、シークエンサー(HiSeq2500 vs NextSeq500)、およびリードタイプ(50bpシングルエンドvs.75bpペアードエンド)にもかかわらず、EGfP+と、本明細書で記載の細胞プロファイリング技術を用いた選別核との間で、細胞型によるクラスタリングが観察された。
R.階層型クラスタリング
DESeq2からrlog関数により生成した正規化遺伝子数を用いて、階層型クラスタリングを実施した(Love,et al.(2014)Genome Biology 15,550、この文献は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる)。特に指定しなければ、rowVar関数により計算した、試料全体中の、最上位250個の最も変化する遺伝子をクラスタリングに用いた。デフォルトパラメーター(ユークリッド距離および完全な結合)を用いたdistおよびhclust関数を使用して、クラスターを生成した。
S.特異性指数アルゴリズム
特異性指数(SI)アルゴリズムは、他のデータセットと比較して、目的のデータセット中で特異的な遺伝子を見つけるために、以前に開発した(Dougherty,et al.(2010)Nucleic Acids Res 38,4218-4230、この文献は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる)。Doughertyのアルゴリズムは、マイクロアレイデータ用として設計されたので、RNAseqデータを入力として受け入れるように変更した。計算のために、生物学的反復実験から情報を組み込む機能を加えた。生カウントからFpkmを計算し、長い遺伝子への偏りを回避し、1kb未満の遺伝子を除外して極端に短い遺伝子への偏りを回避した。次に、fpkm値を記録し、log10(fpkm)の値を-2を最低値にして、長い非発現遺伝子への偏りを回避した。試料の反復数を考慮して、細胞型内で平均および標準偏差を全遺伝しに対し計算した。
SI値を前述のように計算したが、平均遺伝子発現値を入力として使用する代わりに、試料を遺伝子発現の平均と標準偏差を有する正規分布からランダムに選択した。このプロセスを1000回実施し、最終ランクを繰り返し全体で平均した。マウス小脳の高度に特異的な遺伝子の分布を分析するために、Allen Mouse Brain Atlas(Lein,et al.(2007)Nature 445,168-176、この文献は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる)から各遺伝子の画像を調査した。分析の時点で、そのAtlas中になかった遺伝子、または脳のどの領域でも染色を示さなかった遺伝子を分析から除外した。細胞型の適切な分布を示す遺伝子のパーセンテージを計算し、本明細書で提示した。
T.GO分析
有意に差次的に発現した遺伝子を発現上昇および発現低下(またはマウス濃縮およびヒト濃縮)遺伝子に分割し、顆粒細胞、バスケット細胞、およびグリアに対し、clusterProfiler(Yu,et al.(2012)Journal of Integrative Biology 16,284-287、この文献は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる)を用いてジーンオントロジー濃縮分析を実施した。有意なオントロジーを、0.01未満のq値を有するものと定義した(デフォルト)。3つのドメイン(生物学的プロセス(BP)、分子機能(MF)、細胞の構成要素)に関し、有意なオントロジーを含むGO分析結果を集めた。可視化の単純化のために、生物学的プロセスオントロジーのみを使用した。さらに、多くのオントロジーが見つけられた場合、簡略化機能を用いて可視化の重複項目を除いた。ネットワークベース濃縮マップを、enrichMap関数を用いて生成した。濃縮マップの可視化を単純化するために、関連オントロジー群を1つのラベルにまとめた。
実施例2.核トランスクリプトームを用いた細胞の独自性の定義
核は、構成的小胞体(ER)タンパク質、ER中で合成された膜タンパク質に特異的な抗体を用いて選別し得る。最初に、実施例1に記載のように、核RNAをGFP+核から単離した。野性型マウスの核膜の近くで翻訳されたER転写物を濃縮するために、核転写物のポリAプルダウン法を実施した。これらの転写物の大部分は、核であると観察されなかったが、ER周辺の核中で翻訳されている、完全に成熟した核酸転写物であった。膜タンパク質の全ての転写物がこの核ポリA+画分中で見つかるとは限らないが、核の近くで合成されるものの知識が、核標識のための標的にできる因子の数の中で劇的に増加した。免疫蛍光法を実施後、核周辺のER中で染色が観察され、これにより、核が膜タンパク質に対する抗体を用いて標識され得ることが確認された。
小脳から3つの細胞型を単離する初期の方策は、試料中のこれらの細胞型の存在を確認するために、Itpr1(イノシトール 1,4,5-三リン酸受容体1型;小胞体(ER)の細胞内受容体)を、プルキンエ細胞を標識するための標的として、NeuN(RNA結合FOXタンパク質ファミリーのメンバーによりコードされる遺伝子;NeuNは、ニューロンのバイオマーカーとしてよく使われる神経抗原である)を、顆粒細胞を標識するための標的として、およびGFAP(グリア線維酸性タンパク質;グリア細胞から星状膠細胞を識別するために使用される成熟星状膠細胞の主要中間径フィラメントタンパク質の1つ)を、グリアを標識するための標的として用いる抗体結合を含めた。その後、Itpr1およびNeuNの結果の組み合わせを用いて、3つ全ての集団を単離した。
目的の細胞型由来の核を、核トランスクリプトームが細胞の独自性を正確に定義するのに使用され得るかどうかを判定するTRAP法を用いて、以前にプロファイル解析した遺伝子導入マウスの組織から単離した。TRAP法で使用するために開発された遺伝子導入動物のプロファイリング結果は、GFPタグリボソームサブユニットが核小体中に組み込まれているという事実に基づいた。免疫蛍光法を用いて、GFPが、プルキンエ細胞中でのみ発現されたプルキンエ細胞タンパク質2(Pcp2)-GFPを有する遺伝子導入動物由来の小脳組織の組織切片の細胞質中に主に分布していることが観察されたが、また、核中の1点(核小体)中でも観察された。さらに、染色結果は、Pcp2-GFP動物の小脳由来の単離核は、DAPIで標識可能なことを示し、7つの核の内の1つは、プルキンエ核(GFP+)であることが観察された。
実施例3.TRAP法で使用するために開発された遺伝子導入動物に由来する細胞をプロファイル解析するためのフローサイトメトリーの使用
TRAP法で使用するために開発された遺伝子導入動物由来のそれぞれ5つの細胞株からのEGFP+核のフローサイトメトリー結果を表10に示す。
Figure 0007229538000396
TRAP法を用いて以前にプロファイル解析した5つの異なる遺伝子導入マウス株から単離した核に対し、追加のフローサイトメトリーを実施した。TRAP法により精製した以前のプロファイルから、プルキンエ細胞タンパク質2(Pcp2)をプルキンエ細胞由来の核を特定するための標的として、約0.4%の核がPcp2陽性であることを観察した。Neurod1(ニューロン分化1)を、顆粒細胞由来の核を特定するための標的として、約91%の核がNeurod1陽性であることを観察した。Sept4(セプチン4)を、バーグマングリア由来の核を特定するための標的として、約2%の核がSept4陽性であることを観察した。Glt25d2またはColgalt2(コラーゲンベータ(1-O)ガラクトシルトランスフェラーゼ2)を、層5皮質-脳橋錐体ニューロン由来の核を特定するための標的として、約0.5%の核がGlt25d2陽性であることを観察した。ニューロテンシン受容体1(Ntsr1)を、層6皮質視床投射錐体ニューロン由来の核を特定するための標的として、約1.8%の核がNtsr1陽性であることを観察した。
表10の値は、フローサイトメトリー中の選別のための陽性集団の控え目の(conservative)ゲーティングに基づき、前の段落のパーセンテージは、やや積極的(less conservative)なフローデータの分析に基づいた。
実施例4.TRAP法で使用するために開発された遺伝子導入動物に由来する細胞株の発現プロファイル
核RNAプロファイルがニューロンの異なるサブタイプ間を識別するのに十分な感受性を有するかどうかを判定するために、RNAseqを使用して、別々に5つの細胞型-小脳プルキンエ細胞、顆粒細胞、バーグマングリア、コルチコポンチン錐体ニューロン、または皮質視床錐体ニューロン-を別々に標的とするEGFP-L10aリボソーム融合タンパク質を発現している遺伝子導入マウス株由来のFACS精製EGFP+核から核発現プロファイルを生成した。Neurod1、Pcp2、およびSept4は、小脳の顆粒細胞、プルキンエ細胞、およびバーグマングリア中で、それぞれ発現を促進することが既知であった。Colgalt2(または、Glt25d2と呼ばれる)およびNtsr1は、皮質のコルチコポンチンおよび皮質視床錐体細胞中で発現を促進することが既知であった。既知のマーカーは、各細胞型の核に特異的であることが確認された。
表11は、TRAP法で使用するために開発された遺伝子導入マウス由来の核RNAseqデータセットの要約を提供する。
Figure 0007229538000397
表11に提示した5つの細胞型の核に対する核RNAseqデータの階層型クラスタリングを実施した。さらに、Moら(Neuron 2015)からの3つの発表された核RNAseqデータセット:Camk2a-cre動物(excitと標識)由来の興奮性神経細胞、PV-cre動物(pvと標識)由来のPV介在ニューロン、およびVIP-cre動物(vipと標識)由来のVIP介在ニューロン、をこの階層型クラスタリングに含めた。錐体ニューロンが一緒にクラスター化されていることが観察された。
各遺伝子のRNAseq結果により計算された発現を、試料全体の平均発現に対し正規化した。それぞれ5つの細胞型のFACSにより精製された核由来のRNAseqのlog2倍率変化の結果を、250個の最も変化する遺伝子の正規化RNAseq結果に比較して、表12に示す。発現のlog2倍率変化は、各細胞型由来の核に対し、3回反復して計算された。負の値は、全ての分析された細胞型由来の核全体の正規化値と比較して、その細胞型の核中で低減した発現を示し、正の値は、全ての分析した細胞型由来の核全体の正規化値と比較して、増加した発現を示す。
Figure 0007229538000398
Figure 0007229538000399
Figure 0007229538000400
Figure 0007229538000401
Figure 0007229538000402
Figure 0007229538000403
Figure 0007229538000404
Figure 0007229538000405
Moら(2015)Neuron 86,1369-1384(参照によりその全体が本明細書に組み込まれる)からのRNAseqデータについて、表12で見出されるものと同じ250個の最も変化する遺伝子に対するRNAseq結果からの発現のlog2倍率変化を、全ての分析された細胞型由来の核の正規化発現と比べて、表13に示す。負の値は、全ての分析された細胞型由来の核全体の正規化値と比較して、その細胞型の核中で低減した発現を示し、正の値は、全ての分析した細胞型由来の核全体の正規化値と比較して、増加した発現を示す。
Figure 0007229538000406
Figure 0007229538000407
Figure 0007229538000408
Figure 0007229538000409
追加の細胞型特異的核転写物が、下記の増加した発現を有することが観察された遺伝子から特定された:Sept4陽性細胞(バーグマングリア)に対してアルファ-2-マクログロブリン(A2m)、Colgalt2陽性細胞(コルチコポンチン錐体)に対してPde1aおよびColgalt2、Excit陽性細胞(興奮性神経細胞)に対してPde1aおよびヘパラン硫酸-グルコサミン3-スルホトランスフェラーゼ4(Hs3st4)、Ntsr1陽性細胞(皮質視床錐体)に対してPde1aおよびHs3st4、PV陽性細胞(パルブアルブミン介在ニューロン)に対してアリスタレス関連ホメオボックス(Arx)およびパルブアルブミン(Pvalb)、VIP陽性細胞(VIP介在ニューロン)に対して血管活性腸管ペプチド(Vip)、Pcp2陽性細胞(プルキンエ)に対して溶質輸送体ファミリー9メンバーA3(Slc9a3)、およびNeuroD1陽性細胞(顆粒)に対してGrin2c。本明細書のこの実施例の結果は、核RNAが細胞型を決定するのに十分であるという証拠を提供する。
これら8つの細胞型全部の遺伝子を用いて階層型クラスタリングを実施し、核RNAプロファイルが予測生物学に基づいて試料を分類できるかどうかを判定した。クラスタリングは、細胞型だけではなく、関連細胞型群によっても実施した。例えば、2つのクラスの介在ニューロン(VIPおよいPV)が相互にクラスター化され、一方、3つの錐体細胞型(本明細書のデータからのコルチコポンチンおよび皮質視床ならびにMoらからの全ての興奮性錐体細胞型)が一緒にクラスター化された。このクラスタリングの堅牢さは、異なる方法を用いて調製された試料、および異なる研究室からの試料の全体にわたる場合でも、細胞の独自性を指定するための、および異なる細胞型の関連性を測定するための、核RNAプロファイルの有用性を示している。
実施例5.野性型動物から特異的核を単離する方法の開発
以前の細胞プロファイリング技術は、遺伝子導入動物中で疾患モデルの育種が必要であった。いくつかの疾患モデルは、育種することが困難であり、さらに、加齢の研究を行う場合には、特定の遺伝子導入系統を数年間にわたり維持することが必要となる。遺伝子組換えが困難である、またはヒトの場合のように倫理に反する場合、このような方法を生物に適合可能ではない。したがって、野性型動物における特定の細胞型の分子的研究を可能にする一般化可能な方法を開発することに対するニーズがある。
図2Aは、実施例2で記載の方策を用いた、マウス小脳由来の核の選別を示す。Itpr1はx軸上にあり、NeuNはy軸上にある。Itpr1+集団は、プルキンエ細胞の核であり、NeuN+集団は、グリアの核であった。NeuN+/Itpr1-核(最大群)は、顆粒細胞を表す。
図2Bは、GFP選別からの遺伝子導入動物由来のプルキンエ核RNAの群を、本明細書で記載の細胞プロファイリング技術で選別したItpr1+核に対し比較した、RNAseqデータからの遺伝子発現プロファイリングを示す。Pcp4はプルキンエマーカーで、これは、小脳無選別核(Pcp2無選別およびWT無選別)に比較して、Pcp2-GFP+核および野生型(WT)Itpr1+核で濃縮されていることが観察された。Calb2は、顆粒細胞マーカーで、これは、選別プルキンエ核(Pcp2-GFP+またはWT Itpr1+)に比較して、無選別試料(Pcp2無選別およびWT無選別)中で濃縮されていることが観察された。
表14は、GFPおよび抗体選別からのプルキンエ核の数が高度に相関する(R=0.99)ことを示すピアソン相関を提供する。
Figure 0007229538000410
Figure 0007229538000411
これらの因子に特異的な抗体は、単離されるべきこれらの因子を発現している細胞型の数が増加するであろう。
中脳のドーパミン作動性神経はまた、2つの抗体:1つは転写因子FoxA1に対する抗体、もう一つは膜局在化したドーパミントランスポーター(DAT)に対する抗体、の組み合わせにより染色された。FoxA1に対する染色は、ドーパミン作動性神経の核中で観察された。DATに対する染色は、主に軸索中で観察されたが、高度倍率では、おそらく小胞体中で合成されたと思われる、細胞体中でも観察された。
フローサイトメトリーによるドーパミン作動性神経核の核染色および選別を図3Aに示す。ダブルポジティブ(DP)集団(FoxA1とDATに陽性)をRNAseq分析のために単離した。図3Bは、無選別中脳核と、選別ドーパミン作動性核由来のRNAseqの記録の比較を示す。ドーパミン作動性核は、既知のマーカー-溶質輸送体ファミリー6メンバー3(DAT、Slc6a3としても知られる)、チロシンヒドロキシラーゼ(TH)、フォークヘッドボックスA1(FoxA1)、フォークヘッドボックスA2(FoxA2)、およびドーパミン受容体D2(Drd2)に対し陽性であることが観察された。一方、これらのニューロン中で発現されないことが既知の遺伝子(Drd1およびグルタミン酸デカルボキシラーゼ(Gad))は、無選別集団中で枯渇していることが観察された。したがって、ドーパミン作動性神経は、マウス中でうまく単離されたことが観察された。この方法は、ヒト試料に対しても使用できる。
ウォルフラミンER膜貫通型糖タンパク質(Wfs1)およびB細胞CLL/リンパ腫11B(Ctip2、Bcl11bとしても知られる)は、染色から、それぞれ、皮質細胞型層2/3錐体ニューロンおよび層5および6錐体ニューロンの推定マーカーであることが観察された。染色から観察された皮質細胞型の別の推定マーカーは、ETSバリアント1(Etv1、ER81としても知られる)で、これは、層5錐体ニューロンを標識する。Etv1は、以前に、皮質の層5中の、皮質線条体ニューロン、コルチコポンチンニューロンの両方、および可能な他のものを標識することが観察された。海馬の2つの推定マーカー:炭酸脱水酵素1(CA1)陽性ニューロンのためのWfs1および炭酸脱水酵素1(CA2)陽性歯状回のためのプルキンエ細胞タンパク質4(Pcp4)、も染色により特定された。
脳幹運動ニューロンのための推定マーカーは、溶質輸送体ファミリー18メンバーA3(VaChT、Slc18a3としても知られる)、コンドロレクチン(Chodl)、およびEsrrBであることが観察された。3つの遺伝子VaChT、Chodl、およびErrBに特異的な抗体は、インサイツハイブリダイゼーションにより、脳幹中のこのニューロン集団を標識することが観察された。Allen Brain Atlas遺伝子発現データベースを参照用として使用した。VaChTおよびErrBは、運動ニューロンを特異的に標識し、Chodlは、これらのニューロン以外の全てを標識する。Chodlに特異的な抗体は、脳幹運動ニューロンを直接的に標識するものと置換してよい。
実施例6.抗体選別方法の野性型由来の核への適用
本明細書で記載の細胞プロファイリング技術が野性型動物における細胞型特異的調査のために生産的に使用し得るかどうかを判定するために、本明細書で記載の細胞プロファイリング技術を、いくつかの古典的に定義された、特有の形態および分布を示すニューロンおよびグリア細胞型で構成される構造であるマウス小脳由来の処理組織に適用した。
候補の抗体特異性は、EGFP/L10a融合タンパク質を発現している、TRAP法での使用のために開発された遺伝子導入動物から得られたデータから生成した各細胞型由来の発現プロファイルから選択した(Dougherty,et al.(2010)Nucleic Acids Res 38,4218-4230およびDoyle,et al.(2008)Cell 135,749-762、これら文献のそれぞれは、その全体が参照により本明細書に組み込まれる)。データは、野性型マウスの小脳中の3つのニューロン細胞型(顆粒、プルキンエ、およびバスケット)および2つのグリア細胞型(星状膠細胞および乏突起膠細胞)から収集した。
遺伝子導入動物由来の細胞に適用したものと類似の方法を用いて、小脳中の5つの別々の細胞型に対し、免疫蛍光染色を実施した。核間の差異を確認するために各細胞型に使用した抗体の特異性は、顆粒細胞に対してはNeuN、プルキンエ細胞に対してはItpr1、バスケット細胞に対してはSorcs3、星状膠細胞の細胞体およびプロセスに対してはGfap標識、および乏突起膠細胞の細胞体および突起に対してはMoG標識であった。
選別するために、少なくとも2種の抗体の組み合わせを使用した:NeuN(核の内側のユークロマチンに局在化したスプライシング因子)、これは、ニューロン核を標識する、および細胞型特異的抗体:Itpr1、核膜に局在化した小胞体膜タンパク質、ならびにバスケット細胞マーカーSorcs3および星状膠細胞マーカーEeat1(Glastとも呼ばれる)、これは核膜中で標識される2つの細胞膜タンパク質である。オリゴデンドロサイトマーカーおよび転写因子Olig2に対する抗体は、ユークロマチン中で標識を示した。
小脳組織中では、NeuNは、顆粒ニューロンの核を標識するが、プルキンエおよびバスケットニューロン、またはグリアを標識しないことが当該技術分野で既知である。NeuNを用いた組織切片に対する免疫蛍光法結果は、この結果を確証した。しかし、NeuNを用いた核の染色は、バスケット細胞、星状膠細胞、および乏突起膠細胞核は、予測されるように、より低いレベルのNeuNを有するが、プルキンエ核は意外にも、高レベルを有することが観察されることが明らかになった。これは、プルキンエ特異的マーカーのスペクトルオーバーラップによるものではない。理由は、共焦点画像化は、ユークロマチン中のプルキンエ核中で明るいNeuNの発現-スプライシング因子に対し予測された分布-を示したためである。したがって、NeuNエピトープの曝露は、単離核と組織切片では異なることが観察された。
乏突起膠細胞から核を単離するために、転写因子Olig2に対する抗体を使用した。免疫蛍光法を使用して、これらの抗体の有効性を確認した。顆粒細胞から核を単離するために、Itpr1、Sorcs3、およびOlig2の組み合わせに加えて、NeuNを使用して、その他の細胞型からの混入核を除去した。核を、ヘテロクロマチンのマーカーでもあるDAPIで対比染色した。FACS結果を表15に示す。
Figure 0007229538000412
したがって、TRAP法で使用するために開発された遺伝子導入動物からの細胞型中の核の単離に使用される選別方法は、野性型マウス中の同じ細胞型からの核にも効果的であることが観察された。
実施例7.異なる細胞選別方法からの結果の相関
結果は、TRAP法で使用するために開発された動物由来のGFP+選別核試料および本明細書で記載の細胞プロファイリング技術を用いて選別された核試料中で、表16に示すような正規化遺伝子発現のペアワイズピアソンの相関係数(r)を計算することにより、ゲノムワイドレベルで分析された。「.g」試料は、TRAP法で使用するために開発された動物由来のGFP+選別された試料であり、「.a」試料は、本明細書で記載の細胞プロファイリング技術により選別された。
Figure 0007229538000413
Figure 0007229538000414
この分析から、小脳中の異なる細胞型間の相関は、高い:r=0.91~0.94、ことが観察され、生物学的反復間の相関は、極めて高い:r=0.98~1、ことが観察された。顆粒細胞、プルキンエ細胞、およびバーグマングリア由来のEGFP-L10a標識した核からの遺伝子発現プロファイルに対して、遺伝的に特定された細胞型と、細胞プロファイリング特定細胞型との間で、極めて高い相関:顆粒細胞に対しr=0.98、プルキンエ細胞に対しr=0.99、およびSept4/EGFP-L10a動物から精製されたバーグマングリアと、本明細書で記載の細胞プロファイリング技術により精製された星状膠細胞との間でr=0.96~0.97が観察された。バーグマングリアは、小脳星状膠細胞の亜集団であるので、これら2つのデータセットが相互に完全には相関していないのは、道理にかなっている。
試料の階層型クラスタリングは、既知の生物学によるクラスタリングを明らかにした。例えば、第1の分割では、ニューロンのおよびグリア試料は相互に分離された。第2の分割では、核が遺伝的標識または抗体標識を用いて精製されたかどうかに関係なく、5つの細胞型が相互に分離される。まとめると、本明細書の結果は、本明細書で記載の細胞プロファイリング技術は、遺伝子導入動物を必要とすることなく、マウスの細胞型特異的遺伝子発現プロファイリングを可能とすることを示す。
実施例8.ラットにおける細胞型の抗体ベース選別
核をラット小脳から単離し、固定し、マウスで使ったのと同じ抗体を用いて染色し、結果をフローサイトメトリーにより分析した。スプラーグドーリーラット由来の核試料のFACS結果を表17に示す。
Figure 0007229538000415
ラット核の染色プロファイルはマウスのものに類似していた。しかし、例えば、ラット小脳中では差異があり、NeuN染色は、マウス小脳中で明らかであったものより、明確な陽性および陰性集団を生じた。結果として、追加の核の集団が、フローサイトメトリー分析により明らかになり、これらは単離され、RNAseqで特徴付けされた。核は、バスケット細胞、星状膠細胞、および乏突起膠細胞から、Sorcs3およびNeuNに特異的な抗体で染色することにより、単離された。この柔軟性は、4種の染色法を用いて、6つ全ての細胞型の精製を可能とした。2つ以上の型の染色から単離された細胞型に対し、RNAseqにより、既知のマーカーに関し最も濃縮され、その他の小脳細胞型のマーカーに関して枯渇していると特定された集団が選択された。
それぞれのラット細胞型に特異的な遺伝子群を決定するために、遺伝子発現差異分析(DESeq2)を実施例1に記載のように実施して、各細胞型の核発現プロファイルを無選別小脳核と比較した。6つの細胞型の核からの正規化RNAseq結果の間で、120個の差次的に発現した遺伝子の発現のlog2倍率変化(p<0.01、倍率変化>2に調節)を、各個別の細胞型からの選別核のRNAseq結果と比較して、表18に示す。負の値は、全ての分析された細胞型由来の核全体の正規化値と比較して、その細胞型の核中で低減した発現を示し、正の値は、全ての分析した細胞型由来の核全体の正規化値と比較して、増加した発現を示す。各細胞型由来の核の2回反復試料を分析した。
Figure 0007229538000416
Figure 0007229538000417
Figure 0007229538000418
Figure 0007229538000419
表18では、各細胞型に対する既知のマーカーの全体的な濃縮、およびその他の全ての細胞型に対するマーカーの枯渇が観察された。Fat2およびRbfox3の核発現は、顆粒細胞中で有意に濃縮されることが観察された。Car8およびCalb1の核発現は、プルキンエ細胞に特異的であることが観察された。Aldh1L1およびSlc1a3の核発現は、バーグマングリアに特異的であることが観察された。Colgalt2の核発現は、コルチコポンチン錐体細胞に特異的であることが観察された。Hs3st4の核発現は、皮質視床錐体細胞に特異的であることが観察されたが、Pde1aおよびCsmd1は、両方とも、皮質錐体細胞型で発現されることが観察された。表18の120個の遺伝子に加えて、データはまた、両方のラット細胞型中で有意に濃縮されている700~1,600個の発現遺伝子も特定した。
最新バージョンの特異性指数(SI)アルゴリズムを実装することにより、各細胞型に対して最も特異的な遺伝子も特定された(Dougherty,et al.(2010)Nucleic Acids Res 38,4218-4230、この文献は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる)。SIの利点は、関心領域中で極めて数の多い細胞型(例えば、小脳顆粒細胞)中であっても、特異的に発現した遺伝子を特定できることである。
細胞型特異的ラットデータおよび最新SIアルゴリズムの両方を検証するために、各細胞型に特異的であると特定された遺伝子の発現は、Allen Mouse Brain Atlasインサイツハイブリダイゼーションデータベースを用いて確証された。全ての細胞型に関し、実施例1のSIアルゴリズムにより計算された最上位20個の最も特異的な遺伝子に対して、標識が、平均93%の確率で、決定された細胞型中で特異的に観察された。各細胞型の予測分布を示したAllen Mouse Brain Atlas画像による、最上位20個のSI遺伝子のパーセンテージは:顆粒93%、プルキンエ100%、バスケット85%、星状膠細胞93%、オリゴデンドロサイト100%、およびOPC80%であった。星状膠細胞特異的遺伝子Itih3の分布はまた、星状膠細胞型のバーグマングリア、および小脳の非バーグマングリア星状膠細胞型の両方の特徴であることが観察された。次の遺伝子が、6つの細胞型の核に対する追加のマーカーとして選択された:顆粒細胞核に対するテスカルシン(Tesc)、プルキンエ細胞核に対する炭酸脱水酵素8(Car8)、バスケット細胞核に対するMarch11、星状膠細胞核に対するインター-アルファ-トリプシンインヒビター重鎖3(Inter-Alpha-Trypsin Inhibitor Heavy Chain 3)(Itih3)、オリゴデンドロサイト核に対するMog、およびオリゴデンドロサイト前駆細胞核に対する血小板由来増殖因子受容体アルファ(Pdgfra)。
これらの結果は、本明細書で記載の細胞プロファイリング技術が、任意の種での使用のために容易に適応させることができる一般化可能な方法であることを示す。
実施例9.各種における最も特異的遺伝子の特定と比較
種全体にわたり変化した細胞型特異的機能に対する洞察を得るために、各種の全ての遺伝子の特異性指数を計算した。各種の100個の最も特異的遺伝子は、各細胞型に対して表19~24で示されている。より低いSI値は、1つの種で別の種より特異的に発現する遺伝子を示す。
表19は、実施例1で記載のように、ヒト、ラット、およびマウス試料中の顆粒細胞において、特異性指数(SI)で測定して100個の最も特異的な遺伝子を提供する。
Figure 0007229538000420
Figure 0007229538000421
Figure 0007229538000422
表20は、ヒト、ラット、およびマウス試料中のプルキンエ細胞に対する、特異性指数(SI)の測定による100個の最も特異的な遺伝子を提供する。
表20.プルキンエ細胞中の各種に対するSIの測定による100個の最も特異的な遺伝子
Figure 0007229538000423
Figure 0007229538000424
Figure 0007229538000425
表21は、ヒト、ラット、およびマウス試料中のバスケット細胞に対する、特異性指数(SI)の測定による100個の最も特異的な遺伝子を提供する。
Figure 0007229538000426
Figure 0007229538000427
Figure 0007229538000428
表22は、ヒト、ラット、およびマウス試料中の星状膠細胞に対する、特異性指数(SI)の測定による100個の最も特異的な遺伝子を提供する。
Figure 0007229538000429
Figure 0007229538000430
Figure 0007229538000431
表23は、ヒト、ラット、およびマウス試料中の乏突起膠細胞に対する、特異性指数(SI)の測定による100個の最も特異的な遺伝子を提供する。
Figure 0007229538000432
Figure 0007229538000433
Figure 0007229538000434
表24は、ヒト、ラット、およびマウス試料中のOPCに対する、特異性指数(SI)の測定による100個の最も特異的な遺伝子を提供する。
Figure 0007229538000435
Figure 0007229538000436
Figure 0007229538000437
マウス中の各細胞型における100個の最も特異的遺伝子のランクと、ラットまたはヒトのそれらのランクとを表25に示すように、比較した。
Figure 0007229538000438
Figure 0007229538000439
Figure 0007229538000440
特異性ランクが、マウスとヒトとの間より、マウスとラットとの間でより保存されていることが観察された。
実施例10.細胞型特異的遺伝子が種間で変化する程度の決定
細胞型特異的遺伝子が種間で変化する程度をさらに調査するために、比較分析をマウスおよびヒト核試料由来のデータに対し集中的に実施した。理由は、ラットゲノムのアノテーションの完成度が低いからである。ラット遺伝子を排除することにより、比較のために使用し得る高信頼性オルソログの数は、アンサンブルオルソログを選別することにより、11,443から14,273個に増えるであろう。
さらに、細胞機能に最も影響を与える可能性のある差次的に発現した遺伝子に重点を置くために、0.01未満の厳密な調節p値カットオフを通過し、種間で少なくとも4倍変化し、および各細胞型で有意なレベル(平均カウント数>400およびfpkm>0)で発現している遺伝子を選択した。発現レベル(baseMean>50、log10(fpkm)>0)で選別後に残された数、およびマウスとヒトとの間の細胞型全てにわたり差次的に発現した遺伝子選別後に残された数を、表26に示すように、ヒトおよびマウス濃縮遺伝子に分解した。
Figure 0007229538000441
表26によると、これらの細胞型中で、マウスで濃縮またはヒトで濃縮されている490~823個の遺伝子が特定された。
マウスとヒトとの間の一般的差異ではなく、細胞型および種差異を特定するために、分析された全細胞型中で差次的に発現することが観察された遺伝子(p<0.01、倍率変化>2に調節)は、分析から除外された。このような選別により、133~293個の細胞型および種特異的差次的に発現した、マウス中で濃縮されたものと、ヒト中で濃縮されたものとの間でほぼ均等に分布した遺伝子が得られた。
これらのデータを確認するために、小脳中の他の全ての細胞型に比べて豊富な顆粒細胞ニューロンが、存在量が少ない細胞型では得られない2つのタイプの検証を可能とした。第1に、発生期の核RNAの発現のアッセイに加えて、成熟細胞質RNAの発現が調査され;第2に、小脳核調製での高い比率の顆粒細胞ゲノムの存在を考慮して、無選別小脳核を用いてクロマチンアクセシビリティが評価された。以前の調査は、ATACseqピークは通常、プロモーター中および発現遺伝子の遺伝子領域内で見出され、発現されていない遺伝子では大きく減少するかまたは存在しないので(Buenrostro,et al.(2013)Nat Methods 10,1213-1218;Mo,et al.(2015)Neuron 86,1369-1384;Su,et al.(2017)Nat.Neurosci.20,476-483、これら文献のそれぞれは、その全体が参照により本明細書に組み込まれる)、マウス、ラットおよびヒト小脳核由来のATACseqデータは、発現データを確認するために使用された。
予想通り、3つ全ての種由来の本明細書で記載の細胞プロファイリング技術からのデータ中で発現していると特定された遺伝子をコードするタンパク質は、スプライシングされた細胞質のmRNAの存在に付随して生じ、ATACseqピークは、それらのプロモーター中および遺伝子の領域内で顕在化した。例えば、ハウスキーピング遺伝子Gapdhおよび顆粒特異的遺伝子Etv1は、マウス、ラット、およびヒトの顆粒細胞中で強く発現している。予想通り、これらの遺伝子を超える核RNA、細胞質RNA、およびATACseqピークの存在が観察された。ヒト濃縮遺伝子Clvs2およびVwc2を別にすると、これらの3つの独立した活性発現の尺度はヒトデータ中では存在するが、マウスデータ中では、発現またはクロマチンアクセシビリティは認められなかった。逆に、マウス濃縮遺伝子Cnksr3およびEce1に関しては、核および細胞質RNA発現およびATACseqピークは、マウスデータ中では観察されたが、ヒトデータ中では観察されなかった。予想通り、これらの遺伝子のラット中での発現は、マウスに類似であったが、低レベルのヒト濃縮遺伝子Clvs2およびVwc2がラット中に存在することが観察された。
マウスとヒトとの間の発現の2つの追加の特徴が特定された。発現の変化は、所定のゲノム範囲で2つ以上の遺伝子が関与し得る。例えば、Gタンパク質共役受容体135(Gpr135)、トランス-L-3-ヒドロキシプロリンデヒドラターゼ(L3hypdh)、JNK1/MAPK8-関連膜タンパク質(Jkamp)、Ccdc175、およびレチクロン1(Rtn1)を含む座位では、図4の核および細胞質の遺伝子発現およびATACseqピークの存在により明らかになるように、5つ全ての遺伝子がヒト顆粒細胞中で発現した。Jkamp、L3hypdh、およびGpr135はまた、ATACseqピークにより示されるプロモーターDNAアクセシビリティ部位の存在により裏付けられるように、マウスおよびラット中でも発現していることが観察されたが、それらのヒトオルソログに比べて遙かに低いレベルでの発現であった。Rtn1は、ラットおよびヒト中よりマウス中で低いレベルでの発現であることが観察されたが、各試料で、異なるパターンのATACseqピークが観察された。マウスおよびラットでは、Ccdc175が発現していることは観察されず、また、ATACseqピークは観察されなかった。これは、この領域の遺伝子は、2つの別個のドメイン-1つはRtn1を含み、もう一つはGpr135、L3hypdh、Jkamp、およびCcdc175を含むドメインを形成することを示す。げっ歯類データでは、Gpr135、L3hypdh、およびJkampは、ATACseqに均等にアクセス可能である。したがって、これらの遺伝子の低減した核および細胞質のRNAレベルは、おそらく、隣接および非発現遺伝子、Ccdc175のクロマチン構造の変化に起因したものであろう。
マウスとヒトデータ間の発現の第2の特徴は、変化が所定の細胞型中の別のファミリーメンバーの発現を伴うことがあることを示した。例えば、Pde1遺伝子ファミリーは、3つのカルシウムおよびカルモデュリン依存性ホスホジエステラーゼPde1a、Pde1b、およびPde1cを含む。これらの酵素は、cAMPまたはcGMPの加水分解を触媒し、神経活動の調節に重要な役割を果たす。ATACseqを使用して、マウス顆粒細胞がPde1cのみを発現し、一方、ヒト由来の顆粒細胞は、高レベルのPde1aおよび低レベルのPde1cを発現することが確認された。これらの結果は、Pde1aはヒト中で発現するが、マウス小脳では発現しないという、Loughney,K.,& Ferguson,K.(1996)Phosphodiesterase inhibitors(pp.1-19);Loughney,et al.(1996)J Biol Chem 271,796-806;およびSonnenburg,et al.(1993)J Biol Chem 268,645-652(これらの文献のそれぞれは、参照によりその全体が本明細書中組み込まれる)における以前の知見と一致した。Pde1aは、cGMPを優先的に加水分解するが、Pde1cはcAMPおよびcGMPの両方を等しい効率で加水分解するので(Takimoto,E.(2009)Circ.Res.105,931-933、この文献は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる)、これらの差異は、マウスおよびヒト小脳におけるわずかに異なる生化学的結果を生じ得る。
マウス脳におけるこれらのmRNAの存在または非存在を確認するために、公的に利用可能なAllen Mouse Brain AtlasおよびGENSATプロジェクト(Gong,et al.(2003)Nature 425,917-925;Lein,et al.(2007)Nature 445,168-176、これらのそれぞれの文献は、参照によりその全体が本明細書中に組み込まれる)からの遺伝子発現データを分析した。これらのデータは、小脳の顆粒層中の顆粒特異的マーカーEtv1およびマウス濃縮遺伝子Cnksr3、Ece1、およびPde1cの発現、およびヒト濃縮遺伝子Ccdc175、Clvs2、Vwc2、およびPde1aの発現の非存在を確証した。興味深いことに、Clvs2およびPde1aは小脳には存在しないが、それらはマウス脳の他の領域で発現し、細胞特異的調節配列の変化がこれらの種の差異の根底に存在する可能性があることを示唆する(Carroll,S.B.(2005)PLoS Biol 3,e245;Carroll,S.B.(2008)Cell 134(11),25-36、これらの文献のそれぞれは、その全体が参照により本明細書に組み込まれる)。Ece1発現はまた、小脳のプルキンエ層中でも観察された。ヒト濃縮遺伝子Ccdc175、Clvs2、Vwc2、およびPde1aの発現は、マウス脳中で観察された。Ccdc175およびVwc2のいずれの領域中でも染色が検出されなかった。歯状回中でClvs2の強い染色、および層5および6の皮質および海馬のCA1~3中でPde1aの強い染色が観察された。
データをさらに検証するために、qPCRを用いて、マウス濃縮およびヒト濃縮遺伝子の相対的発現を測定した。ヒトおよびマウス小脳細胞質cDNAを用いて、ハウスキーピング、ヒト濃縮、およびマウス濃縮遺伝子に対して遺伝子発現のqPCR分析を実施した。各種について、2回の生物学的反復実験、3回の技術的反復実験を用いた。3つのハウスキーピング遺伝子からの発現の相加平均に対して発現を正規化した。ヒトXK試料中の発現に対して倍率変化を計算した。不等分散を仮定して、生物学的反復値(技術的反復値の平均)の平均正規化値で両側スチューデントのt検定を用いてp値を次のように計算した:1)ハウスキーピング遺伝子-Actb=0.334、Gapdh=0.141、およびPolr2a=0.109;2)ヒト濃縮遺伝子-Clvs2=0.0195、Vwc2=0.0161、およびPde1a=0.00086;およびマウス濃縮遺伝子-Pde1c=0.0696。p値は、Ccdc175、Cnksr3、およびEce1に対しては計算しなかった。理由は、少なくとも1つの生物学的反復値の全ての技術的反復値の増幅に失敗したからである。
1つを除く全ての場合で、qPCR結果は、RNAseqおよびATACseqデータを確証した。外れ値の場合では、Pde1cは、マウスとヒトとの間で有意な発現の変化を示さなかった。この差異を理解するために、Pde1aおよびPde1cの発現をマウスおよびヒト小脳切片で免疫蛍光法によりアッセイした。2匹の別々のマウスおよび2人のドナー由来の切片を用いて少なくとも各2回の染色を実施した。NeuNを顆粒細胞のマーカーとした。RNAseqおよびATACseqデータに合わせて、Pde1cおよびPde1aの両方のメンバーが主に顆粒層に局在化していることが観察され、マウス小脳ではPde1c発現が優位を占め、ヒト小脳ではPde1a発現が優位を占めた。マウス小脳は、顆粒細胞およびPde1aを標識するバックグラウンド中で特異的にPde1cを示したが、ヒト小脳は、顆粒細胞およびPde1cを標識するバックグラウンド中で特異的にPde1aを示した。
これらの遺伝子が独立に起こる発現の変化、または種間で変化する転写プログラムを反映し得るかどうかを理解するために、種特異的遺伝子の10のカテゴリーについて、ジーンオントロジー(GO)分析を実施した。4つの遺伝子群が有意なGO群を生じた:ヒト濃縮星状膠細胞、ヒト濃縮オリゴデンドロサイト、ヒト濃縮OPC、およびマウス濃縮顆粒遺伝子。残りの6つの遺伝子は、有意に関連するGOカテゴリーを有することが観察されず、これらの細胞型中の種の差異は、広範囲の経路および機能に寄与していることを示唆している。星状膠細胞、乏突起膠細胞、またはOPC由来のヒト濃縮遺伝子のGO分析は、これらの遺伝子が細胞構造、サイズ調節、および神経系機能に関与し、マウスおよびヒトグリア細胞間形態の既知の差異を反映している可能性があることを明らかにした。顆粒細胞マウス濃縮遺伝子は、神経系機能および細胞-細胞相互作用に一定の役割を果たし得る多糖類の代謝に関与している。
まとめると、これらのデータは、本明細書で記載の細胞プロファイリング技術を核で採用して、げっ歯類およびヒト脳の細胞型特異的遺伝子発現、および神経系の遺伝子発現を正確に評価できることを示す。脳での遺伝子発現は、種全体の特定の細胞型で高度に保存的であることが観察された。したがって、特徴がはっきりした細胞型の最も豊富で細胞特異的なマーカーは、げっ歯類およびヒト脳で共有されることが観察された。この共有独自性にもかかわらず、種間で発現が保存されていない各細胞型のかなりの数の遺伝子が存在した。この遺伝子群は通常、既知のGOカテゴリーに適合せず、それらの発現は、他の脳領域で見つかることが多い。細胞型および種特異的発現は、座位内の隣接する遺伝子の調節の変化、または所定の遺伝子ファミリーの機能的に関連するが別のメンバーの選択的発現を反映できる。これらの遺伝子発現変化の結果は、将来の研究で照会する必要があるが、本明細書のデータは、特異的CNS細胞型における遺伝子発現の機能的に重要な差異が種間で発生し、それらは、げっ歯類およびヒト細胞型の生化学的機能の重要な差異を生じ得ることを示す。
実施例11.マウスおよびヒトの核トランスクリプトームの比較
免疫蛍光法を用いて、選別がヒト試料の純粋な集団を生じたかどうかを判定した。核構造は、3つの集団間で全く異なることが観察され、各集団の核のサイズは異なった。NEUN+顆粒ニューロンは、小さく、高度にヘテロクロマチンであることが観察された。NeuN-核のサイズは、バーグマングリア由来と思われるより大きな核と、乏突起膠細胞由来と思われるより小さい核の混在状態であることが観察された。ITPR1+核は、その他の2つの群の核より、大きく、より真性染色質であることが観察された。図6は、前方散乱光(FSC)と側方散乱光(SSC)の組み合わせで核のサイズを近似する、フローサイトメトリー選別結果を示す。(DP=ダブルポジティブ)。これらの結果は、異なる細胞型由来の核は、核構造中で明確に異なることを示し、これは、遺伝子発現調節または疾患感受性におけるそれぞれの細胞型全体にわたる差異を生じ得る。
しかし、2つの異なるヒト対象(人1および人2)から選別した核の不均一性が、それぞれ図5Aおよび図5Bのフローサイトメトリー結果で観察された。種特異的マーカーは、異なる細胞型から核を識別するように特定され得る。
図7A、図7B、図7C、および図7Dは、マウスの核を選別するために使用した方法から開発したヒト小脳核の4種の異なる染色方法のフローサイトメトリー結果を提供する。図7Aは、プルキンエ細胞のItpr1およびId2のゲーティングによる(すなわち、Itpr+およびId2+の)フローサイトメトリー結果を示す。図7Bは、プルキンエ細胞のフォークヘッドボックスP4(FoxP4)およびItpr1によるゲーティング(すなわち、FoxP4+およびItpr+)の結果を示す。図7Cは、マウスと同じ選別方法を用いた、顆粒細胞のNeuNおよびItpr1によるゲーティング(すなわち、Itpr-およびNeuN+)の結果を示す。図7Dは、FoxP4およびNeuNによるゲーティングの結果を示す。4種全ての染色方法中の最も薄い灰色の集団は、表37に示すRNAseqから遺伝子発現プロファイリングにより示されたのと同じ核の集団を与える。
マウスおよびヒト選別核からのRNAseq結果による遺伝子発現プロファイルは、実施例15および17にそれぞれ示される。実施例17の表37の顆粒細胞核集団は、実施例15の表31に示すように、マウス由来の顆粒細胞に類似のプロファイルを有することが観察された。表37のグリア核集団は、マウス由来のグリアに類似のプロファイルを有することが観察された(表33および34)。表37のヒト試料由来のバスケット核集団は、表32のマウス由来のバスケット/星状細胞に類似のプロファイルを有することが観察された。これらの類似性は、Rbfox3(NeuNとしても知られる)、Fat2、リアノジン受容体1(Ryr1)、Pvalb、グルタチオンS-トランスフェラーゼミュー1(Gstm1)およびプレイオトロフィン(Ptn)のRNAseq結果で特に顕著であった。
対照的に、表31~34および37のRNAseqデータにおいて、顆粒、バスケット/星状、およびグリア細胞由来の、プロテインチロシンキナーゼ2ベータ(Ptk2b)、溶質輸送体ファミリー43メンバー2(Slc43a2)、グルタミン酸イオンチャネル型受容体カイニン酸型サブユニット3(Grik3)、Itpr1、プロトカドヘリン9(Pcdh9)、およびRASグアニル放出タンパク質1(Rasgrp1)-陽性核に対して、マウスとヒトとの間で有意な変化が観察された。
試料間の最大の変化に寄与する、従って、1つの試料を別の試料から最も良く識別する、最上位500個の遺伝子からの核RNAseqデータの階層型クラスタリング(最初は種による、および次に細胞型による)は、細胞型と、種間を識別する他の遺伝子群との間で識別するいくつかの遺伝子群を示した。この分析は、マウスとヒトとの間で、保存されたおよび異なる遺伝子を明らかにした。
マウスおよびヒト小脳試料の主成分分析法は、細胞型による、および種によるクラスタリングの可視化を可能にする。第1の主成分(x軸)は、試料間の最大変化を表し、第2の主成分は、二番目に大きい試料間の変化源およびそれらがどのように細胞型により分離されるかを表す。本明細書の分析は、細胞型が試料間のX%の分散に寄与し、同時に、種が試料間のY%の分散に寄与することを示した。
実施例12.異種間比較による細胞型および種特異的遺伝子の特定
上記の細胞特異的発現プロファイルの高品質を仮定して、これらの小脳細胞型中の種間の遺伝子発現変化の程度を分析した。結果が、種間のアノテーションの差異ではなく、発現の変化を反映したことを保証するために、分析を、マウス、ラット、およびヒト間の高信頼性1:1オルソログに限定した。マウス、ラット、およびヒト遺伝子のオルソログアノテーションを規定するために、種全体にわたるオルソログアノテーションをアンサンブル(304,147転写物vs19,197遺伝子)からダウンロードし、高信頼性対(76,172転写物vs14,541遺伝子)1:1オルソログ(67,522転写物vs13,242遺伝子)遺伝子で、全長1kbを超え、全種間で2倍未満の長さ変化の遺伝子(30,497転写物vs11,443遺伝子)のみを含むように選別した。各遺伝子に対し、最大長のオルソロガス転写物をアノテーションのために使用し、11,443転写物および11,443遺伝子を得た。
7つの細胞型の核からの正規化RNAseq結果の間で、マウス、ラット、およびヒト核全体の250個の最も変化する遺伝子の発現のlog2倍率変化を、各個別の細胞型からの選別核のRNAseq結果と比較して、表27に示す。負の値は、全ての分析された細胞型由来の核全体の正規化値と比較して、その細胞型の核中で低減した発現を示し、正の値は、全ての分析した細胞型由来の核全体の正規化値と比較して、増加した発現を示す。各細胞型由来の核の2回反復試料を分析した。
Figure 0007229538000442
Figure 0007229538000443
Figure 0007229538000444
Figure 0007229538000445
Figure 0007229538000446
Figure 0007229538000447
7つの細胞型の核からの正規化RNAseq結果の間で、マウス、ラット、およびヒト核全体の250個の最も変化する遺伝子の発現のlog2倍率変化を、各個別の細胞型からの選別核のRNAseq結果と比較して、表28に示す。負の値は、全ての分析された細胞型由来の核全体の正規化値と比較して、その細胞型の核中で低減した発現を示し、正の値は、全ての分析した細胞型由来の核全体の正規化値と比較して、増加した発現を示す。各細胞型由来の核の2回反復試料を分析した。
Figure 0007229538000448
Figure 0007229538000449
Figure 0007229538000450
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Figure 0007229538000453
第1の8つの主成分:プロタンパクコンバターゼスブチリシン/ケキシン1型(PCSK1、PC1としても知られる)~プロタンパクコンバターゼスブチリシン/ケキシン8型、(PCSK8、(Pc1~Pc8)としても知られる)、(これは、ひとまとめにして、試料全ての変化の90.5%を占める)の調査により、Pc1およびプロタンパクコンバターゼスブチリシン/ケキシン3型(PCSK3、PC3としても知られる)の発現が、試料を細胞型により分類するが、Pc2、プロタンパクコンバターゼスブチリシン/ケキシン6型(PCSK6、PC6としても知られる)およびPC8は、試料を種により分割することが明らかにされた。その他の主成分は、試料を細胞型および種の両方により体系化する。Pc1およびPc3は、試料全体の変化の47%を占め、一方で、Pc2、PCc6、およびPc8は変化の22%のみを占めるので、プロファイル間の最も重要な差異は、種の間で共有される細胞型特異的発現遺伝子から生じるように決定された。しかし、種々の種の所定の細胞型の機能特性を評価する場合には、種間の発現プロファイルにおけるゲノムワイド定量的差異も考慮されるべきであることは明らかである。
階層型クラスタリングを用いて、250個の最も変化する遺伝子以外の、全ての遺伝子の発現に基づく、マウス、ラット、およびヒト細胞型特異的データセットの種全体にわたる類似度および差異を調査し、主として種によるクラスタリングを示した。しかし、クラスタリングが種全体の内の250個の最も変化する遺伝子のみを用いて実施した場合には、クラスタリングは、主に、細胞型により行われることが観察された。
実施例13.16個の死後ヒト脳由来の3つの細胞型のプロファイリング
ヒト集団の遺伝的不均一性、ヒト組織の処理時間の変化、およびヒト組織から単離した総RNAの以前の調査で言及された困難を考慮に入れて(McCall,et al.(2016)Am.J.Hum.Genet.99,624-635.;Webster,M.J.(2006).Functional Genomics and Proteomics in the Clinical Neurosciences,(Elsevier),pp.3-14、これらの文献のそれぞれは、その全体が参照により本明細書に組み込まれる)、異なる個体由来の試料全体にわたる変化源も、疾患で観察された変化が疾患それ自体に起因するのか、または個体間の変化の結果であるのかを評価するための着目すべき対象とした。この変化源のより良い理解のために、本明細書で記載の細胞プロファイリング技術を用いて、追加の14個のヒト脳試料中の細胞型特異的遺伝子発現を分析した。全体としては、試料は、性別間でほぼ均等の(7人の男性および9人の女性)、および年齢全体にわたる(次の年齢群中にそれぞれ4個体:20~30、40~50、60~70、80~90歳)分割をした16人の対照ドナーから得た。全試料を、「正常な成人脳」の神経病理学的診断を受けた非罹患対象から取得した。表29は、各ドナーに関する追加の詳細を示す。
Figure 0007229538000454
核を16個の試料全部から単離し、ITPR1およびNEUNに対する抗体を用いて染色し、1回の選別で核を3つの異なる細胞型:顆粒細胞、バスケット細胞、および全グリアから精製した。表30は、核のFACS分析による各細胞型のパーセンテージを示す。
Figure 0007229538000455
染色パターンは試料間で僅かに変化したが、顆粒細胞含有ITPR1-NEUN+集団、バスケット細胞含有ITPR1+NEUN-集団、および全グリア含有ITPR1-NEUN-は容易に識別された。唯一の例外は、個体WCおよびWOからのグリア集団で、この場合、ITPR1-NEUN-集団は、ITPR1-NEUN+集団からうまく分離しなかった。これらの2つの試料の遺伝子発現分析により、選別は、グリアから顆粒細胞を効率的に分離するのに失敗し、試料はさらなる分析から除外された。RNAseqを使って、46個のヒトデータセット:顆粒細胞からの16個、バスケット細胞殻からの16個、およびグリアからの14個を分析した。
本明細書で記載の細胞プロファイリング技術は、細胞型組成物の差異に起因する変化を低減し、これは全体の変化を低減することが観察された。本明細書で分析された試料間で少しの変化が観察された。理由は、全組織の通常の分析では、変化は、組織組成物の差異および各細胞型の変化の両方に起因するためである。
実施例8~14に示すように、各試料は、その細胞型のための適切なマーカーに関して濃縮され、その他の小脳細胞型のマーカーに関し枯渇されているために、これらのデータセットのRNAseq分析は、高純度の各核試料を示した。例えば、女性個体由来の試料のみが、X不活性特異的転写物(XIST)を発現し、男性由来の試料のみが、Y染色体遺伝子、例えば、リシン脱メチル化酵素5D(KDM5D)を発現した。さらに、各細胞型の生物学的反復実験間のペアワイズピアソン相関係数が0.98~1であることが観察された(図8)。これらのデータは、各細胞型の存在量の個体間の小さい差異にもかかわらず、本明細書で記載の細胞プロファイリング技術により得た細胞型特異的ヒト発現データは、再現可能であることを示した。
実施例14.マウスとヒトとの間の細胞型特異的核RNAプロファイルの差異のまとめ
マウスおよびヒトのそれぞれ5つの小脳細胞型(顆粒、プルキンエ、バスケット、星状膠細胞、およびオリゴデンドロサイト)に対し、選別核からRNAを単離し、RNAseqを実施することにより、遺伝子発現プロファイルが生成された。
表31~34は、マウスとヒトとの間の遺伝子発現の差異を示す。さらに、細胞機能に最も影響を与える可能性のある差次的に発現した遺伝子に重点を置くために、調節p値<10E-5を有し、種間で少なくとも4倍変化し、および各細胞型で有意なレベル(平均正規化カウント数/DESeq2 baseMean>400およびlog2(fpkm)>0)で発現している遺伝子を選択した。マウスで濃縮またはヒトで濃縮されている119~410個の遺伝子が観察された。マウスとヒトとの間の一般的差異ではなく、細胞型および種差異を特定するために、分析された全細胞型中のマウスとヒトとの間で差次的に発現した遺伝子(p<10e-5、倍率変化>2に調節)は、分析から除外された。このような選別により、67~277個の細胞型および種特異的差次的に発現した、マウス中で濃縮されたものと、ヒト中で濃縮されたものとの間でほぼ均等に分布した遺伝子が得られた。
ヒト顆粒細胞由来の選別核中の顆粒細胞のマーカーのlog2倍率変化を、マウス由来の顆粒細胞の核からの正規化RNAseq結果と比較して、表31に示す。負の値は、分析されたマウス由来の顆粒細胞の核の正規化値と比較して、その細胞型の核中で低減した発現を示し、正の値は、分析されたマウス由来の顆粒細胞の核の正規化値と比較して、増加した発現を示す。
Figure 0007229538000456
Figure 0007229538000457
顆粒細胞マーカー、RNA結合タンパク質、Fox-1相同体3(Rbfox3、NeuNとしても知られる)および非定型カドヘリン2(Fat2)が顆粒細胞中で高度に発現していることが観察され、他の4っの細胞型中で有意に発現していることは観察されなかった。ヒトとマウスの顆粒細胞の核の間での発現におけるlog2倍率変化のより大きい値を有する遺伝子は、ヒト顆粒細胞由来の核のマーカーとして、より効果的であろう。
ヒトバスケット細胞由来の選別核中の発現のlog2倍率変化を、マウスバスケット細胞由来の選別核に対する正規化発現結果と比較して、表32に示す。負の値は、マウスバスケット細胞由来の核の正規化値と比較して、ヒトバスケット細胞の核中で低減した発現を示し、正の値は、マウスバスケット細胞由来の核の正規化値と比較して、増加した発現を示す。
Figure 0007229538000458
Figure 0007229538000459
バスケット細胞マーカー、Sorcs3および膜関連Ring-CH-Typeフィンガー11(March11)は、バスケット細胞中で濃縮されていることが観察され、他の4っの細胞型中で有意に発現していることは観察されなかった。
ヒト星状膠細胞由来の選別核中の発現のlog2倍率変化を、マウス星状膠細胞由来の選別核に対する正規化発現結果と比較して、表33に示す。負の値は、マウス星状膠細胞由来の核の正規化値と比較して、ヒト星状膠細胞の核中で低減した発現を示し、正の値は、マウス星状膠細胞由来の核の正規化値と比較して、増加した発現を示す。
Figure 0007229538000460
アルデヒド脱水素酵素1ファミリーメンバーL1(Aldh1L1)およびSlc1a3は、星状膠細胞中で濃縮されていることが観察され、他の4っの細胞型中で有意に発現していることは観察されなかった。ヒト乏突起膠細胞由来の選別核中の発現のlog2倍率変化を、マウス乏突起膠細胞由来の選別核に対する正規化発現結果と比較して、表34に示す。負の値は、マウス乏突起膠細胞由来の核の正規化値と比較して、ヒト乏突起膠細胞の核中で低減した発現を示し、正の値は、マウス乏突起膠細胞由来の核の正規化値と比較して、増加した発現を示す。
Figure 0007229538000461
ヒトOPC由来の核中で差次的に発現した遺伝子の遺伝子発現のlog2倍率変化を、マウス核中のOPCの正規化遺伝子発現と比較して、表35に示す。負の値は、ヒトOPCの核中の低減した遺伝子発現を示し、正の値は、マウスOPC由来の核と比較して、ヒトOPCの核中の増大した遺伝子発現を示す。
Figure 0007229538000462
Figure 0007229538000463
Olig2およびMogは、成熟乏突起膠細胞およびオリゴデンドロサイト前駆細胞(OPC)の両方中で濃縮されていることが観察され、他の4つの細胞型中で有意に発現していることは観察されなかった。全ての小脳細胞型由来の核RNAseqプロファイルの階層型クラスタリングは、オリゴデンドロサイト系統が2つの群、成熟乏突起膠細胞およびOPCに分割され、成熟乏突起膠細胞を有する全ての乏突起膠細胞クラスタリングセットを含むことを確認した。
実施例15.ヒト細胞型特異的遺伝子発現に影響を与える因子の特定
本明細書で記載の細胞プロファイリング技術の開発の主要な理由は、ヒト細胞型特異的発現および細胞機能に影響し得るその生物学的および臨床的因子との関連性の直接試験を可能とすることであった。特徴付ける核は、正常な小脳試料から得られたが、性別、年齢、および死亡と組織保存との間の時間(自己融解時間)の差異が発現データに影響し得る。表36は、自己融解、性別、および年齢の結果として、核中で有意に変化する(p値<0.01、baseMean>50に調節)ことが観察された遺伝子の数を示す。
Figure 0007229538000464
年齢は、ほとんどの遺伝子の発現で有意な変化を与えることが観察された。
実施例16.死後ヒト組織に対する抗体ベース細胞型選別の適用
以前に、近交系動物をこれらのタイプの研究に用いたが、ヒト個体全体にわたり不均質性が観察された。本明細書で記載の細胞プロファイリング技術が、ヒト脳の細胞型の分析に効果的であったかどうかを判定するために、2人のドナー(コードXKおよびPK)由来の死後ヒト小脳組織を単離し、以前に決定した細胞型特異的抗体を用いて核を染色した。2人の個体(XKおよびPK)の小脳由来の、顆粒、バスケット、全てのグリア、星状膠細胞、成熟オリゴデンドロサイト、およびオリゴデンドロサイト前駆細胞(OPC)核のFACSを実施した。各ゲーティングにおける集団のパーセンテージを表37に示す。
Figure 0007229538000465
表37の結果からの発現プロファイリングのさらなる分析により、2つの別の集団が明らかになった:成熟乏突起膠細胞由来のOLIG2+低の核、およびオリゴデンドロサイト前駆物質細胞(OPC)および成熟乏突起膠細胞の両方由来のOLIG2+高の核。
オリゴデンドロサイトのさらなるフローサイトメトリー分析の後で、OLIG2+集団は、そのレベルに基づいて、さらに細かく分割可能であるように思われた。全てのOLIG2+核の約20%が高レベルのOLIG2(高)を有し、80%がより低レベルのOLIG2(低)を有する。
染色したヒト小脳核のプロファイルは、概ね、げっ歯類データに類似であるが、差異が存在した。例えば、顆粒およびバスケットニューロン、星状膠細胞、乏突起膠細胞、およびOPCを選別するのに使用される条件は、ヒト死後組織に直接移行させることが可能であったが、マウスおよびラットプルキンエ細胞核を選別する条件は、ヒトプルキンエ細胞核の単離には成功しなかった。2つの死後ヒト試料間で染色の僅かな差異が観察された:XKでは、オリゴデンドロサイトとOPCの集団がうまく分離されたが、個体PK中でこれらの細胞を識別するのはより困難である。
これらの差異がヒト死後試料の細胞型特異的分析を妨害し得るのかどうかを評価するために、5つの細胞型(顆粒、バスケット、星状膠細胞、オリゴデンドロサイト、OPC)をこれら2つの個体脳でRNAseqを用いて分析した。それぞれのこれらの細胞型からの既知のマーカーの試験は、当該細胞特異的マーカーが各細胞型を濃縮し、その他の細胞型を枯渇させたことが立証された。
マウス、ラット、およびヒト試料由来の無選別核からの正規化RNAseq結果の間でのlog2倍率変化を、顆粒細胞、バスケット細胞、星状膠細胞、乏突起膠細胞、およびOPC細胞由来の選別核に対するRNAseq結果と比較して、表38に示す。負の値は、全ての分析された細胞型由来の核全体の正規化値と比較して、その細胞型の核中で低減した発現を示し、正の値は、全ての分析された細胞型由来の核全体の正規化値と比較して、増加した発現を示す。表38は、2つの死後ヒト試料の全種中の250個の最も差次的に発現した遺伝子に対するRNAseq結果を示す。
Figure 0007229538000466
Figure 0007229538000467
Figure 0007229538000468
Figure 0007229538000469
Figure 0007229538000470
Figure 0007229538000471
RBFOX3(NeuNとしても知られる)およびFAT2は、両試料の顆粒細胞中で有意に濃縮されることが観察された。MARCH11は、両試料のバスケット細胞中で有意に濃縮されることが観察された。ALDH1L1およびSLC1A3は、両試料の星状膠細胞中で有意に濃縮されることが観察された。Olig2は、両試料の乏突起膠細胞およびOPC中で有意に濃縮されることが観察された。MOGは、両試料の乏突起膠細胞中で有意に濃縮されることが観察された。PDGFRAは、両試料のOPC中で有意に濃縮されることが観察された。Olig2+高の核のみが、Pdgfraおよびコンドロイチン硫酸プロテオグリカン4(Cspg4)などのオリゴデンドロサイト前駆物質細胞(OPC)を標識する遺伝子を発現する。Olig2+低の核は、成熟オリゴデンドロサイトに由来し、Olig2+高の核は、成熟乏突起膠細胞および未成熟OPCの混合物に由来した。いずれの場合も、予測細胞型中のみで、高発現のマーカーが観察された。したがって、Olig2(全て乏突起膠細胞)、PdgraおよびCspg4(OPC)、MagおよびMog(成熟乏突起膠細胞)が、本明細書で記載の細胞プロファイリング技術を実施するのに効果的であるとして特定された。
これらの結果は、本明細書で記載の細胞プロファイリング技術を、その高い定量的性質の結果として、予想外の亜集団の特定のために有用であることを強調する。結果の不均質性を用いて、患者のバイオマーカーを特定し得る。例えば、不均質性により、どのようにして異なる個体が薬物に応答するか、または治療標的を特定するか、を予測することが可能である。
実施例17.各試料のRNAseq結果間の相関
表39は、2つの死後ヒト試料、XKおよびPKの各細胞型に対するピアソン係数を示す。
Figure 0007229538000472
図9は、細胞型で分けて、ヒト、ラット、およびマウス試料の間の結果を比較して示した各サンプルのペアワイズピアソンの相関係数である。10個のデータセット間のペアワイズピアソン相関係数の計算は、2つのニューロン細胞型(顆粒およびバスケット)が試料間で高度に相関している(両方でr=0.99)が、グリアデータは僅かに低い相関である(r=0.96~0.97)ことを明らかにした。さらに、階層型クラスタリングは、細胞型による分離を示し、細胞型全体の変化が個々の試料間の変化より大きいことを示す。全種での同じ細胞型の試料間の相関係数の範囲は、同じ種から単離された細胞型のクラスタリングに類似であることが観察され、両方の細胞型および種が発現プロファイルの重要な性質であることを示唆している。
実施例18.ヒト細胞型特異的遺伝子発現に影響を与える自己融解の効果の決定
先行文献は、死亡と組織が凍結されるまでの時間として定義される自己融解時間は、RNA品質と相関せず、遺伝子発現に僅かな影響を与えるに過ぎないことを示した(Gupta et al.,2012,BMC Genomics 13,26、この文献は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる)。死後ヒト試料は、以前に、自己融解時間で極めて広範囲に変化することが観察されたので、臨床属性が遺伝子発現に影響を与えるかどうかを判定するために、16人のヒト対象由来の核試料中の自己融解時間の遺伝子発現に対する影響の特徴付けが以前になされた。
表40に示されるように、試料中の最短の自己融解時間は、5.13時間で、試料中の最長の自己融解時間は、24時間であった。
Figure 0007229538000473
ほんのわずかの遺伝子の発現が自己融解時間により有意に変化したことが観察された:全死後ヒト組織試料中の12個が変化し、顆粒細胞が4個、バスケット細胞が1個、およびグリアが1個であった。種々の自己融解時間による全ヒト試料中で差次的に発現した遺伝子のlog2倍率変化。表41は、全試料中で自己融解時間による差次的発現遺伝子(p<0.01、baseMean>50に調節)を示す。
Figure 0007229538000474
Figure 0007229538000475
Npas4は、同じ試料由来の無選別核の正規化発現に比べて、全核中で最大の倍率変化を有する発現が観察された。
表42は、全ヒト試料中で、正規化発現に比べて、種々の自己融解時間により差次的に発現した(p<0.01、倍率変化>2に調節)顆粒細胞中の遺伝子を示す。
Figure 0007229538000476
表42に示すように、顆粒細胞の核中で差次的に発現したことが観察された4つの遺伝子はまた、全試料由来の無選別核中でも差次的に発現した。
インヒビンベータAサブユニット(Inhba)は、バスケット細胞の核中の差次的に発現した唯一の遺伝子であることが観察された(baseMean:6.673;log倍率変化:0.466;p値:1.15E-08;p調節:2.18E-04)。
グリア中でキネシンファミリーメンバー19(Kif19)のみが唯一、自己融解時間と共に直線的に変化することが観察された(baseMean:126.311;log倍率変化:-0.160;p値:7.76E-09;p調節:1.25E-04)。追加の遺伝子、例えば、FosB癌原遺伝子、AP-1転写因子サブユニット(FosB)(p調節=3.51E-12)は、3つの細胞型全てで、中程度の自己融解時間で発現が増加したことが観察された(図10)。
実施例19.ヒト細胞型特異的遺伝子発現に対する性別の影響の決定
発現プロファイルに対する性別の影響を試験するために、遺伝子発現を男性および女性由来の試料間で比較し、差次的に発現する(p値<0.01、baseMean>50に調節)遺伝子を特定した。予想通り、本明細書で特定した大部分の性別特異的遺伝子は、XまたはY染色体上に存在し、X染色体遺伝子は女性試料中で濃縮され、Y染色体遺伝子は男性試料中で濃縮されている。男性中の性別特異的発現差異を示す27個の遺伝子(p値<0.01、baseMean>50に調節)を、女性に比較して表43に示す。
Figure 0007229538000477
Figure 0007229538000478
これらの遺伝子の7つは、X染色体上に位置し、14はY染色体上に位置し、6つは常染色体上に位置する。いくつかの事例では、性別特異的遺伝子は、いくつかの細胞型で他の細胞型より多く差次的に発現され得る。例えば、長鎖遺伝子間非タンパク質コードRNA278(LINC00278)は、男性で濃縮されることが観察され、また、顆粒またはバスケット細胞中よりグリア中でさらに多く差次的に発現した。さらに、プロテインキナーゼ、Y連鎖偽遺伝子(Prky)は、顆粒細胞中で最大レベルであり、グリア中で中程度レベル、およびバスケット細胞中で低レベルであることが観察された。
対照的に、グリコゲニン2偽遺伝子1(GYG2P1)は、男性で濃縮された遺伝子として特定された(p=3.74E-42)が、この遺伝子は、顆粒細胞およびグリア中よりバスケット細胞中でさらに多く男性で濃縮された。これは、重複により誤ってマッピングされたリードが原因ではない。なぜなら、グリコゲニン2(GYG2)は、グリア中でのみ有意に発現し、性別特異的発現を示していないためである。GYG2P1を含むY染色体座位の調査により、GYG2P1および約300kb下流の領域を含む大きな領域にわたる男性特異的バスケット細胞発現が明らかになった。近くの遺伝子の精巣特異的転写物Y15(Ttty15)およびユビキチン特異的ペプチダーゼ9、Y連鎖(Usp9y)はまた、男性で濃縮されたが、グリア、バスケット、および顆粒細胞からの結果では、細胞型特異的であることは観察されなかった。さらに、Y連鎖フィンガータンパク質(Zfy)およびKDM5Dはまた、男性で濃縮されることが観察されたが、細胞型特異的ではなく、また、XISTは、表43では女性で濃縮されることが観察されたが、グリア、バスケット、および顆粒細胞の間では、細胞型特異的ではなかった。グリアおよび顆粒細胞の両方中で、性別および細胞型特異的発現を示す遺伝子もまた、明らかである。本明細書の結果は、哺乳動物脳における性的二型細胞特異的機能の潜在的発生源を提供する。
転写は、遺伝子:配列類似性を有するファミリー8メンバーA4、偽遺伝子(Fam8a4p)、アリールスルファターゼD偽遺伝子1(Arsdp1)、およびGyg2p1に対して、男性中でのみ、および星状細胞/バスケット細胞中でのみ観察された。
したがって、性別特異的遺伝子発現は、既知の個体の性別を確証することが観察され、細胞型特異的性別特異的遺伝子発現もまた観察された。
実施例20.ヒト細胞型特異的遺伝子発現に対する年齢の影響の決定
加齢研究の基本的な問題は、加齢が脳全体に均一に発生するのかどうか、またはいくつかの細胞型が加齢の影響を他の細胞型より受けやすいのかどうかということである。この問題に対処するために、3つの小脳細胞型のそれぞれにおける、年齢の遺伝子発現に対する影響を調査した。DESeq2(Love,et al.(2014)Genome Biology 15,550、この文献は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる)を実施例1に記載のように用いて、全試料中で、年齢により、または顆粒細胞、バスケット細胞、またはグリア中で特異的に差次的に発現した(p<0.01、倍率変化>2に調節)遺伝子を特定した。発現差異を有する274個の遺伝子を顆粒細胞中で、139個をバスケット細胞中で、31個をグリア中で、および42個を細胞型に関係ない全試料で、特定した。
年齢により有意に発現が変化した顆粒細胞中の274個の遺伝子のRNAseq結果を表44に示す。各ヒト試料由来の顆粒細胞からの選別核のlog2倍率変化を、全試料由来の顆粒細胞からの選別核の正規化発現と比較して、表44に示す。負の値は、全ての試料由来の核全体の正規化値と比較して、対象の核中で低減した発現を示し、正の値は、全ての分析された細胞型由来の核全体の正規化値と比較して、増加した発現を示す。
Figure 0007229538000479
Figure 0007229538000480
Figure 0007229538000481
Figure 0007229538000482
Figure 0007229538000483
Figure 0007229538000484
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Figure 0007229538000486
Figure 0007229538000487
Figure 0007229538000488
Figure 0007229538000489
Figure 0007229538000490

Figure 0007229538000491
全試料中の顆粒細胞中の差次的発現遺伝子(p<0.01、baseMean>50に調節)のRNAseq結果を、表45に示す。
Figure 0007229538000492
Figure 0007229538000493
Figure 0007229538000494
Figure 0007229538000495
年齢により有意に発現が変化したバスケット細胞中の139個の遺伝子のRNAseq結果を表46に示す。各ヒト試料由来のバスケット細胞からの選別核のlog2倍率変化を、全試料中の顆粒細胞からの選別核の正規化発現と比較して、表46に示す。負の値は、全ての試料由来の核全体の正規化値と比較して、対象の核中で低減した発現を示し、正の値は、全ての分析された細胞型由来の核全体の正規化値と比較して、増加した発現を示す。
Figure 0007229538000496
Figure 0007229538000497
Figure 0007229538000498
Figure 0007229538000499
全試料中のバスケット細胞中の差次的発現遺伝子(p<0.01、baseMean>50に調節)のRNAseq結果を、表47に示す。
Figure 0007229538000500
Figure 0007229538000501
Figure 0007229538000502
年齢により有意に発現が変化したグリア中の31個の遺伝子のRNAseq結果を表48に示す。各ヒト試料由来のグリア(星状膠細胞および乏突起膠細胞)からの選別核のlog2倍率変化を、全試料由来の選別グリアからの正規化発現データと比較して、表48に示す。負の値は、全ての試料由来の核全体の正規化値と比較して、対象の核中で低減した発現を示し、正の値は、全ての分析された細胞型由来の核全体の正規化値と比較して、増加した発現を示す。
Figure 0007229538000503
Figure 0007229538000504
全試料中のグリア細胞中の差次的発現遺伝子(p<0.01、baseMean>50に調節)のRNAseq結果を、表49に示す。
Figure 0007229538000505
結果は、年齢による発現のより少ない変化を、本明細書で分析した他の臨床属性による発現差異を有する遺伝子と比べて、示した。小脳の加齢の以前の調査は、差次的発現を示すより少ない遺伝子を見つけたが、これは、特定の細胞型の核における遺伝子発現プロファイリングが、バルク組織を使用することに比べて、遙かに高い感受性をもたらすことを示唆している。
実施例21.年齢による発現差異におけるオーバーラッピングの変化
表50に示すように、差次的発現遺伝子(p<0.01、baseMean>50に調節)は、年齢により発現が増加するものと、発現が低減するものとの間で、ほぼ均等に分割される。表50は、8つの群の差次的に発現した加齢遺伝子の間で共通である遺伝子の数を示す。
Figure 0007229538000506
Figure 0007229538000507
いずれかの細胞型由来の年齢で発現上昇する遺伝子と、いずれか他の細胞型由来の発現低下する遺伝子との間では、オーバーラップは認められなかった。
2つ以上の細胞型中で、ほんのわずかの遺伝子の発現が、年齢により有意に変化する。例えば、全細胞型中で、年齢により差次的に発現したと特定される42個の遺伝子は、条件間で不均質に見え、これらの内のほとんどは、各細胞型で別に試験した場合、有意性に達しない(表51)。
Figure 0007229538000508
Figure 0007229538000509
Figure 0007229538000510
3つの細胞型にわたる、年齢により発現差異を有する顆粒細胞中の42個の遺伝子のRNAseq結果を表52に示す。各ヒト試料由来のグリアからの選別核の発現のlog2倍率変化を、全試料中の顆粒細胞からの選別核の正規化発現と比較して、表52に示す。負の値は、全ての試料由来の核全体の正規化値と比較して、対象の核中で低減した発現を示し、正の値は、全ての分析された細胞型由来の核全体の正規化値と比較して、増加した発現を示す。
Figure 0007229538000511
Figure 0007229538000512
バスケット細胞中の、42個の年齢により最も差次的に発現した遺伝子のRNAseq結果を表53に示す。各ヒト試料由来のバスケット細胞からの選別核のRNAseq結果間のlog2倍率変化を、全試料由来の無選別核の正規化発現と比較して、表53に示す。負の値は、全ての試料由来の核全体の正規化値と比較して、対象の核中で低減した発現を示し、正の値は、全ての分析された細胞型由来の核全体の正規化値と比較して、増加した発現を示す。
Figure 0007229538000513
Figure 0007229538000514
Figure 0007229538000515
Figure 0007229538000516
Figure 0007229538000517
Figure 0007229538000518
Figure 0007229538000519
3つの細胞型中で、年齢により有意に発現変化したグリア細胞中の42個の遺伝子のRNAseq結果を表54に示す。各ヒト試料由来のグリアからの選別核のRNAseq結果間のlog2倍率変化を、全試料由来の無選別核の正規化発現と比較して、表54に示す。負の値は、全ての試料由来の核全体の正規化値と比較して、対象の核中で低減した発現を示し、正の値は、全ての分析された細胞型由来の核全体の正規化値と比較して、増加した発現を示す。
Figure 0007229538000520
Figure 0007229538000521
Figure 0007229538000522
これらのデータは、少なくとも小脳における特定の分子の加齢の結果が、細胞型により異なることを示唆する。各細胞型中で加齢により影響を受けた遺伝子の差異に関わらず、これらの変化により変わった細胞プロセスが細胞型間で関連するという可能性が残された。
3つ全ての細胞型中で、年齢と共に発現低下した遺伝子は、異なる特異的遺伝子の含有に関係なく、シナプス遺伝子を濃縮した。例えば、アクアポリン7(Aqp7)(p調節=3.78E-9)および酸感受性イオンチャネルサブユニット1(Asic1)(p調節=4.07E-7)は、図11Aおよび図11Bにそれぞれ示すように、顆粒細胞中で、年齢と共に発現低下することが観察された。図11Cは、ラウンドアバウトガイダンス受容体2(Robo2)は、グリアおよびバスケットの両細胞中で発現低下したことを示した。シナプス成分をコードする遺伝子は、年齢と共に発現が低下するという知見は、以前の高齢の固体の脳中の軸索および樹状突起の萎縮という知見と一致する(Burke,et al.(2006)Nat Rev Neurosci 7,pages 30-40(2006);Dickstein,et al.(2013)Neuroscience 251,21-32;Freeman,et al.(2008)J.Neuropathol.Exp.Neurol.67,1205-1212;これらのそれぞれの文献は、参照によりその全体が本明細書中に組み込まれる)。しかし、本明細書のデータは、この一般的プロセスが各細胞型中の別の遺伝子に影響を与えることを確証するように、これらの観察を拡張する。
個の仮説を試験するために、年齢と共に発現上昇または発現低下している遺伝子に対して、各細胞型でGO分析を実施した。加齢による発現上昇遺伝子のいずれかの群に対する有意なGOカテゴリーは観察されず、「全ての細胞型」群から加齢による発現低下した遺伝子に対し特定された有意なGOカテゴリーもなかった。
実施例22.ヒト細胞型特異的遺伝子発現に対するストレスの影響の決定
FOS癌原遺伝子、AP-1転写因子サブユニット(Fos、c-FOSとしても知られる)およびJunB癌原遺伝子、AP-1転写因子サブユニット(Junb)などの前初期遺伝子の転写誘導は、ニューロン活性化に関連し、正常な行動反応または病理学的影響を示すことができる(Okuno,H.(2011)Neuroscience Research 69,175-186およびPerez-Cadahia,et al.(2011)Biochem.Cell Biol.89,61-73、これらの文献のそれぞれは、その全体が参照により本明細書に組み込まれる)。これらの事象と関連する前初期の応答遺伝子は多くの場合、共通であり、これらの因子により誘導される標的遺伝子および経路は、細胞または回路により経験される事象の性質を反映する(Duclot,et al.(2017)Front.Behav.Neurosci.11,717、この文献は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる)。ストレス応答は、16個のヒト試料の内の3つで遺伝子群を誘導することが観察され、これは、人種、自己融解時間、性別、または年齢により説明されない。表55は、全ての細胞型の正規化発現と比較して、全試料中の差次的発現遺伝子(p<0.01、baseMean>50に調節)を示す。
Figure 0007229538000523
Figure 0007229538000524
Figure 0007229538000525
c-FOSは、16人の個体の内の3人(WI、VM、およびZH)から得られた顆粒細胞中で強く誘導されることが観察された(図12)。この差異をさらに調査するために、発現差異(p<0.01、baseMean>50に調節)分析を実施し、その他個体に比べて、3人の個体中の有意に発現上昇または発現低下している追加の遺伝子を特定、すなわち、3人のfos+個体vsその他の13人の試料の間の顆粒細胞の遺伝子発現差異分析を実施した。表56に示すように、個体WI、VM、およびTM由来の顆粒細胞中で、224個の遺伝子の誘導および10個の遺伝子の発現の低下を特徴とする非常に強力な応答が明らかであった。
Figure 0007229538000526
Figure 0007229538000527
Figure 0007229538000528
136個の差次的に誘導された遺伝子(p<0.01、base Mean>50に調節)を含むオーバーラッピングしているが弱い応答がグリア細胞中で存在した。結果を表57に示す。
Figure 0007229538000529
Figure 0007229538000530
グリア中でのこれらの遺伝子の誘導は、顆粒細胞による混入に起因するものでない。理由は、顆粒細胞の高度に発現したマーカー(例えば、FAT2)は、グリアデータ中には存在しなかったためである。グルタミン酸による誘導c-FOS発現は、培養した顆粒ニューロンの活性増加により誘導されること以外の異なる機序を介して起こると考えられた(Edling,et al.(2007)Glia 55,328-340、この文献は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる)ので、これは興味深い。バスケット細胞データ中では、2つのみの差次的に発現した遺伝子が明らかであった:ヒートショックタンパク質ファミリーA(Hsp70)メンバー1A(HSPA1A)(base Mean:102.303、log倍率変化:-3.234、p値:1.07E-12、p調節:1.06E-08)およびリングフィンガータンパク質122(RNF122)(base Mean:96.812、log2倍率変化:-1.552、p値:4.20E-06、p調節:0.008)。
ストレス応答は、16個の試料の内の3つで遺伝子群を誘導することが観察され、これは、人種、自己融解時間、性別、または年齢により説明されない。遺伝子発現は、図13Aで、活性調節細胞骨格関連プロテイン(Arc)、初期増殖応答因子1(Egr1)、c-Fos、FosB、Jun癌原遺伝子、AP-1転写因子サブユニット(Jun)、JunB、およびJunD癌原遺伝子、AP-1転写因子サブユニット(JunD)に対し示された。fos遺伝子およびストレス関連遺伝子の誘導は、主に顆粒細胞中で起こるが、グリア中でも起こるので、わずかに細胞型特異的であることが観察された。星状細胞中では、発現の変化がほとんどないことが観察された。
約355個の遺伝子が、顆粒細胞の3つの試料中で誘導されることが観察されたが、25個の遺伝子は、発現低下することが観察された。これらの遺伝子の多くは、ニューロン活動を標識する中間初期遺伝子であったが、図13Bに示すように、誘導されている多くの長期ストレス応答遺伝子も存在した。影響を受けた遺伝子群の例には、細胞代謝プロセス、高分子の正の調節、小胞体ストレス応答、形態的に不正確なタンパク質に対する応答、タンパク質折り畳み、タンパク質リフォールディング、熱に対する細胞応答の調節、アポトーシスプロセスの調節、生物学的プロセスの正の調節、および化学的刺激に対する応答に関与するものが挙げられる。
グリア中の、活性化星状膠細胞マーカーGFAP、S100B、およびMusashi RNA結合タンパク質1(Msi1)などのストレス応答遺伝子を、図13Cに示す。発現で観察された唯一の有意な変化は、fos核中のGFAPにおけるものであった。
試料WI、VM、およびZHは、グリアおよび顆粒ニューロン中で誘導された、およびより低い程度で、星状ニューロン中で誘導されたfosおよびストレス応答遺伝子を有することが観察された。fos遺伝子の誘導発現を有することが観察された3人の個体は、彼らの臨床歴で共通点が多いようには見えなかった。データは、このストレス応答経路の再現可能な活性化を示し、これは、疾患に関連する生物学に対して詳細を提供する。
顆粒細胞データで明らかな堅牢な応答を想定して、GO分析を実施し、これらのニューロン中の224個の誘導遺伝子が特異的機能カテゴリーに濃縮されるかどうかを判定した。有意に濃縮されたGOカテゴリーが、fos+個体中の発現上昇遺伝子に対し特定され、ストレス応答およびタンパク質折り畳みに関与する遺伝子に対する濃縮を示した。表58に示すように、この分析は、外部刺激に対する応答、タンパク質折り畳み/リフォールディング、アポトーシス、応力に対する転写性応答、ATPアーゼ活性、およびRNAスプライシング/代謝に関連するカテゴリーを明らかにした。
Figure 0007229538000531
Figure 0007229538000532
Figure 0007229538000533
Figure 0007229538000534
前初期遺伝子発現の分析は、それらの誘導も選択的であることを示した。例えば、EGR1、FOS、およびFOSBの誘導が起こるが、ARC(特徴がはっきりした前初期遺伝子)の発現の差異がないのは明らかである(図12)。さらに、c-FOSなどの前初期遺伝子の発現は、虚血性脳卒中などの損傷に応答して誘導できるが、脳卒中およびその他の脳への損傷に応答して星状膠細胞活性化を標識するGFAPおよびS100Bなどのグリア遺伝子の誘導に関しては証拠が見つからなかった(Choudhury,et al.(2016)Neurobiology of Disease 85,234-244;Ding,S.(2014)Neural Regen Res 9,2048-2052;Dirnagl,et al.(1999)Trends in Neurosciences 22,391-397;Kajihara,et al.(2001)Brain Research 909,92-101;Pekny,M.,et al.(2005)Glia 50,427-434;これらの文献のそれぞれは、その全体が参照により本明細書に組み込まれる)。
最後に、臨床記録の調査は、13人の他の対照ドナーから、図12のこれら3人の個体を識別する特徴(性別、年齢、死亡原因)を明らかにできなかった。これらの分子事象の単数または複数の原因は、不明瞭なままであるが、選択死後ヒト脳試料中のこの強力で高度な再現可能なストレス応答の発見は、潜在性臨床的状態の存在を示唆し、本明細書で記載の細胞プロファイリング技術を用いた特定の細胞型の分析は、ヒトの病態生理学的状態に関連する経路およびバイオマーカーを発見するのに使用できる。
実施例23.RNAまたはDNAプローブによる核の染色および選別
抗体は多くの場合、非特異的標的を有し、本明細書で記載の細胞プロファイリング技術をより多くの細胞型に広げるためには、律速になる場合がある。標識のための抗体の使用に対する代替案は、細胞型特異的核酸転写物に対するRNAプローブを使用することである。RNAプローブは抗体より高速で、合成が容易である。RNAプローブは、2つのクラスの転写物に対して設計される。1つ目は、染色体関連転写物(CAT)-合成の間に染色体で保持される転写物である。2つ目の核酸転写物のクラスは、核に隣接するER中に豊富にあるポリA+転写物である。個体間の変化性を特徴付けるために、ヒトの脳のいくつかの領域由来の無選別核に対し遺伝子発現プロファイルを生成した後、候補CATおよびポリA+転写物を特定した。組織切片でインサイツハイブリダイゼーションを用いて、特定の細胞型を描写する遺伝子を、解剖学および形態学により特定した。これらの候補に対する抗体またはRNAプローブを用いて、マウスデータからの予備的知識を必要とせず、ヒト細胞型由来の核を標識および選別して、集団間での遺伝子発現の変化の量を決定した。
CATは、2つの染色体合成部位に2つのスポットの特有の標識パターンを有し、これは、インサイツハイブリダイゼーションを使って、低いバックグラウンドで、高度に特異性であることが観察された。図14は、CATのRNAseq結果を示す。A2mは、バーグマングリアに特異的なCATであり、Itpr1は、プルキンエ細胞に特異的なCATであり、Fat2は、顆粒細胞に特異的なCATである。したがって、細胞型特異的CATは、全ての小脳核由来のRNAseqプロファイルから検出できる。RNAプローブRNAプローブおよびFACSのための核標識の広範な知識を用いて標識したCATおよびポリA+転写物のインサイツハイブリダイゼーション結果に基づいて、任意の細胞型に対するRNAプローブを設計し得る。
等価物および範囲
当業者なら、単に定型の実験を使うだけで、本明細書で記載の本発明による特定の実施形態に対する多くの等価物を認める、または確認することができるであろう。本発明の範囲は、上記の記載に限定されることを意図するものではなく、むしろ添付の特許請求の範囲に記載される通りである。
特許請求の範囲では、「a」、「an」、および「the」などの冠詞は、特にそれと反対の指示がない限り、または文脈から別義が明らかでない限り、1または2以上を意味してよい。1または複数のグループのメンバーの間で「or」を含む特許請求の範囲または記述は、特にそれと反対の指示がない限り、または文脈から別義が明らかでない限り、1、2以上、または全てのグループメンバーがその中に存在する、その中で用いられる、または、所与の製品もしくはプロセスに他の点で関連する場合に満たされると見なされる。本発明は、グループの1メンバーがその中に存在する、その中に用いられる、または、所与の製品もしくはプロセスに他の点で関連する実施形態を含む。本発明は、1以上または全グループメンバーがその中に存在する、その中に用いられる、または、所与の製品もしくはプロセスに他の点で関連する実施形態を含む。
用語の「含む(comprising)」は、オープンタームであることが意図されており、追加の要素またはステップを含むことを許容するが、必要とはしないことにも留意されたい。用語の「含む(comprising)」が本明細書で使用される場合、「からなる(consisting of)」という用語も包含され、開示される。
範囲が与えられる場合、端点が包含される。さらに、別段の指示がない限り、あるいは文脈および当業者の理解により明らかでない限り、範囲で表される値は、文脈により明確に別義が示されない限り、その範囲の下限値の単位の10分の1まで、本発明の別の実施形態で示した範囲内の任意の特定の値または部分範囲を取ることができることを理解されたい。
さらに、先行技術の範囲内に入る本発明の任意の特定の実施形態は、特許請求の範囲のいずれか1項または複数から明示的に除外され得ることを理解されたい。このような実施形態は、当業者に既知であると見なされるので、それらは、たとえ本明細書で除外が明示的に記載されない場合であっても、除外され得る。本発明の組成物(例えば、任意の抗生物質、治療薬または有効成分;任意の製造方法;任意の使用方法;など)の任意の特定の実施形態は、何らかの理由により、先行技術の存在に関連のあるなしに関係なく、特許請求の範囲のいずれか1項または複数から除外できる。
使用されている語句は、限定の語句ではなく、説明用の語句であり、また、変更は、そのより広い態様において、本発明の真の範囲および趣旨からを逸脱することなく、添付の特許請求の範囲の範囲内で実施し得る。
本発明は、かなり詳しく、また、いくつかの記載実施形態に関してかなり詳細に説明してきたが、いずれかのこのような詳細事項または実施形態に限定されることを意図するものではなく、先行技術を考慮して特許請求の範囲の最も広い可能な解釈を与えるように、したがって、本発明の意図した範囲を効果的に包含するように、添付の特許請求の範囲を参照して解釈されるべきである。

Claims (17)

  1. 核の遺伝子発現のプロファイリング方法であって、
    (a)複数の細胞型を含む組織試料を処理して核を露出させること、
    (b)前記処理組織試料を、組織試料中の少なくとも1つの細胞型の核に特有の核酸転写物またはタンパク質に結合する親和標識と接触させることにより、前記処理組織試料由来の少なくとも1つの核を標識することであって、前記核酸転写物またはタンパク質が、表19~24から選択される遺伝子によりコードされること、
    (c)少なくとも1つの標識された核を精製すること、および
    (d)前記標識された核に対する核酸転写物および/またはタンパク質発現データを収集し、それにより、前記核の遺伝子発現をプロファイリングすること
    を含む、方法。
  2. 前記細胞型が、
    (i)小脳組織に起源を持ち、顆粒細胞、プルキンエ細胞、グリア、バーグマングリア、バスケット/星状細胞、星状膠細胞、脳幹運動ニューロン、乏突起膠細胞、上位運動ニューロン、下位運動ニューロン、および小脳深部核からなる群より選択されるか、
    (ii)大脳基底核組織に起源を持ち、線条体黒質系中型有棘ニューロン(MSN)、線条体淡蒼球系MSN、線条体コリン作動性介在ニューロン、視床下核、ドーパミン作動性神経、および分界条床核(BNST)ニューロンからなる群より選択されるか、
    (iii)視床組織に起源を持ち、視床皮質ニューロン、視床線条体ニューロン、および視床網様核ニューロンからなる群より選択されるか、
    (iv)皮質組織に起源を持ち、皮質線条体ニューロン、嗅内皮質層2/3ニューロン、高速発火型皮質介在ニューロン、および前頭前野皮質組織由来の層2/3錐体細胞からなる群より選択されるか、
    (v)松果体の内側手綱組織由来コリン作動神経系投射ニューロンであるか、
    (vi)海馬組織に起源を持ち、アンモン角領域1(CA1)、アンモン角領域2(CA2)、アンモン角領域3(CA3)、および歯状回細胞からなる群より選択されるか、または、
    (vii)脳組織、脳幹組織、および脊髄組織からなる群より選択される少なくとも1つの組織に起源を持つ、請求項1に記載の方法。
  3. 前記親和標識が、抗体、RNAプローブ、およびDNAプローブからなる群より選択される、請求項1または2に記載の方法。
  4. (e)前記核の遺伝子発現と、
    (i)異なる組織試料由来の細胞型、または
    (ii)異なる細胞型
    の少なくとも1つの核中の遺伝子発現とを比較して、遺伝子発現の変化を特定することにより薬物標的を得ることをさらに含む、請求項1またはに記載の方法。
  5. 前記親和標識が、蛍光タグをさらに含む、請求項に記載の方法。
  6. 蛍光標識細胞分取(FACS)を使用して、前記核が精製される、請求項5に記載の方法。
  7. (i)前記組織試料または前記異なる組織試料が、凍結された組織試料であるか、
    (ii)前記組織試料または前記異なる組織試料が、新い組織試料であるか、
    (iii)前記組織試料または前記異なる組織試料が、雌由来であるか、
    iv)前記組織試料または前記異なる組織試料が、雄由来であるか、
    (v)前記組織試料または前記異なる組織試料が、病気の対象由来であり
    記病気の対象が、疾患表現型を発現しているかまたは発現しておらず、または、前記病気の対象が、運動失調、パーキンソン病、アルツハイマー病、および筋萎縮性側索硬化症(ALS)、ならびにハンチントン病からなる群より選択される少なくとも1つの疾患に罹患しているか、
    vi)前記組織試料または前記異なる組織試料が、健康な対象由来であるか、または、
    (vii)前記薬物標的は、表19~24から選択された遺伝子によりコードされる、
    請求項に記載の方法。
  8. 前記(iii)において、膜タンパク質が小胞体中で合成される、請求項7に記載の方法。
  9. 前記タンパク質が、前記小胞体中に局在化している、請求項8に記載の方法。
  10. 前記(v)において、前記細胞型が、
    (a)運動失調に関連し、プルキンエ細胞、顆粒細胞、バーグマングリア、バスケット/星状細胞、星状膠細胞、乏突起膠細胞、および小脳深部核からなる群より選択されるか、
    (b)パーキンソン病に関連し、黒質およびVTAドーパミン作動性神経からなる群より選択されるか、
    (c)アルツハイマー病に関連し、層2/3嗅内皮質、CA1海馬、およびCA2/3海馬から選択されるか、または
    (d)ALSに関連し、脳幹、皮質運動ニューロン、および脊髄運動ニューロンからなる群より選択される、請求項7に記載の方法。
  11. (i)前記核が小胞体に隣接しているか、または
    (ii)前記タンパク質が膜タンパク質である、
    求項1または2に記載の方法。
  12. 記核酸転写物が、前記核中に局在化している、請求項1または2に記載の方法。
  13. (i)前記RNAプローブが、染色体関連転写物(CAT)またはポリA転写物に特異的に結合するか、
    (ii)前記DNAプローブが、トランスポーター遺伝子に特異的に結合するか、
    (iii)前記親和標識が、2つ以上の抗体、RNAプローブ、またはDNAプローブであるか、または
    (iv)前記2つ以上の抗体、RNAプローブ、またはDNAプローブが、同じ因子に結合する、請求項に記載の方法。
  14. 前記(iii)において、各親和標識が異なる因子に結合する、請求項13に記載の方法。
  15. (i)病気の対象由来の組織試料と、健康な対象由来の組織試料のプロファイリングを比較すること、または、少なくとも2人の異なる健康な対象由来の組織試料のプロファイリングを比較することをさらに含むか、または、
    (ii)前記遺伝子発現のプロファイリングが、単一細胞型由来の複数の核に対し実施されるか、異なる細胞型由来の複数の核に対し実施される、
    請求項1またはに記載の方法。
  16. (e)疾患表現型を発現している病気の対象由来の組織試料のプロファイリングと、疾患表現型を発現していない病気の対象由来の組織試料のプロファイリングとを比較することにより、疾患ステージ間の遺伝子発現における変化を特定することをさらに含む、請求項1に記載の方法。
  17. 前記(e)(i)において、2つ以上の、異なる対象由来の組織試料のプロファイリングを比較することにより、異なる対象間の遺伝子発現における変化を特定することをさらに含む、請求項4に記載の方法。
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