克日，广州国家实验室范小英教授团队在Cell Reports(IF 7.5)上揭晓了题为“Identification of the core regulatory program driving NEUROD1-induced neuronal reprogramming”的研究效果。研究人yuan建设了大鼠皮层星形胶质细胞体外重编程系统，通过单细胞与多组学测序手艺(scRNA-seq、ATAC-seq、Cut&Tag和bulk RNA-seq)系统剖析了转录因子NEUROD1(ND1)驱动星形胶质细胞(Ast)向神经元(Neu)转分化的动态轨迹与分子机制。研究发现ND1作为先锋因子通过诱导H3K27ac组卵白修饰重塑染色质开放性，激活包罗Hes6在内的25个关jian调控靶点，其重编程历程高度模拟了体内皮层神经发生。这项研究不仅剖析了星形胶质细胞向神经元转分化历程中的奇异中心态细胞及焦点调控网络，更为神经损伤修复和退行性疾病的治疗提供了革命性战略。本研究接纳壹定发生物SURFSeq 5000平台完成高质量的转录组测序剖析。

成年哺乳动物大脑的神经再生能力极为有限，仅在海马齿状回和侧脑室下区等特定区域维持微弱再生能力，且新生神经元数目极其有限。传统外源细胞移植疗法恒久面临细胞存活率低、功效整合差等瓶颈问题。在这一配景下，星形胶质细胞展现出奇异的治疗潜力。作为大脑内数目最重大的胶质细胞群体，它们不仅漫衍普遍，更在损伤后体现出类似神经干细胞(NSCs)的再生特征。这些特征使其成为内源性神经再生的理想“细胞宝库”。近年研究批注，通过特定干预手段可显著提升胶质细胞的神经转化效率，包罗异位表达促神经元转录因子，如NEUROD1(ND1)；microRNA 滋扰；PTBP1（一种主要的RNA团结卵白）基因敲除；小分子化合物处置赏罚。作为神经发育历程中的先锋转录因子(TF)，ND1具有快速诱导神经元表型的奇异能力，但其动态调控网络仍待剖析。过wang研究依赖于bulk RNA-seq，无法剖析重编程历程中的细胞异质性和多阶段分子事务。本研究建设无内源性神经元滋扰的体外ND1重编程系统，通过单细胞转录组(scRNA-seq)、染色质可及性(ATAC-seq)和组卵白修饰剖析，展现ND1驱动星形胶质细胞向神经元转化的动态调控网络，为明确神经再生气制提供了新的理论框架。

为探讨ND1诱导星形胶质细胞向神经元转分化(AtN)的细胞机制，研究团队建设了体外转分化研究系统。使用新生大鼠大脑皮层疏散的原代星形胶质细胞，通过逆转录病毒熏染实现ND1的稳固过表达。研究效果显示：在ND1过表达第三天时，经典神经元标志物TUJ1开shi表达。随后，通过对0-5天这一关jian转换期的scRNA-seq剖析展现了细胞运气决议的动态历程。完成数据过滤后，0天组捕捉了13,081个细胞，GFP对照组32,741个细胞，ND1过表达组46,164个细胞。研究者共判断出三种主要细胞类型：未成熟星形胶质细胞(ImA)、成熟星形胶质细胞(Astrocyte)和神经元细胞(Neuron)。其中ImA可进一步分为三个亚群：zeng殖态ImA_div、静息态ImA以及高表达ND1的ImA_ND1_hi，这些亚群均高表达Gfap与Tnc。Astrocyte也包罗三个亚群：高表达Gfap/Tnc/Col11a1的Ast_1，以及高表达Atp1a2/Aqp4的Ast_2与Ast_3。神经元分为4个亚群(Neu_1至Neu_4)，均高表达神经元标志基因，且功效富集于轴突发生，树突发育，神经元迁徙，以及细胞突起调控等神经相关通路。随着时间推移，细胞类型发生明蟳uan浠0天时，80%细胞为ImA，GFP对照组主要为ImA和Astrocyte，而ND1过表达组大部门细胞(52.5%)转分化为神经元。第14天时，80%的GFP⁺星形胶质细胞转为TUJ1⁺神经元，且凌驾90%为VGLUT1⁺兴奋性神经元，其中TBR1⁺与CTIP2⁺细胞占较量高。30天时，转分化的神经元已具备类似胚胎16.5天大鼠皮层神经元的电心理特征，主要形乐成能性兴奋性神经环路，其放电频率与振幅与原代神经元相当。这些效果证实了ND1能在大鼠星形胶质细胞中实现快速高效的体外神经元重编程，首ci展现了通过ImA_ND1_hi过渡态的转分化轨迹，明确了神经元转分化历程中的一连细胞状态。

图1?ND1诱导AtN历程中的细胞类型多样性

通过整合多种ND1驱动的神经元分化系统，研究者对ND1的ChIP-seq数据集举行了重新剖析，并与本研究的AtN系统Cut&Tag数据举行了系统较量。研究团队共判断出40个跨系统守旧的ND1直接靶基因(包罗已知的Hes6,?Mfap4,?Smad3等)，这些基因显著富集于神经系统发育相关通路。基于scRNA-seq数据构建的基因调控网络，进一步将靶基因规模缩小至25个与ND1表达亲近相关的关jian调控因子，其中20个基因显著上调，证实ND1在AtN历程中主要施展转录激活作用；同时发现5个下调的星形胶质细胞相关基因，提醒ND1还具有直接抑制胶质细胞特征的功效。转录因子活性剖析显示，Hes6和Smad3在AtN历程中活性发生显著改变，本研究新发现的靶点Meis2在转化细胞中体现出显著的TF活性zeng强。为验证这些焦点调控因子的功效，研究者通过shRNA对Hes6和Meis2举行了敲低，并团结壹定发生物SURFSeq 5000平台的bulk RNA-seq剖析转录组水平的转变。Hes6敲低导致晚期神经发生基因(如Tubb3、Slc1a、Slc17a7)显著上调，同时陪同TUJ1⁺/GFAP⁺双阳性细胞比例zeng加，提醒Hes6通过防止神经元基因过早激活来确保转分化的时序性。Meis2敲低显著降低内源ND1表达及其调控的神经元发生基因，降低转分化效率，批注Meis2通过维持ND1的表达从而驱动完整的神经元重编程。这些发现不仅展现了ND1通过配合的焦点靶基因网络调控神经元分化的分子基础，还剖析了Hes6和Meis2在AtN中的作用机制。

图2?加着迷经元重编程的关jianND1靶点