A high-resolution transcriptomic and spatial atlas of cell types in the whole mouse brain

성인 쥐 뇌는 수백만에서 수십억 개의 세포로 구성되어 있으며, 이들은 특정한 spatial 분포 패턴과 구조적, 기능적 특성을 가진 많은 세포 유형으로 구성된다. 우리는 성인 쥐 뇌 전체에 대한 포괄적이고 고해상도의 transcriptomic 및 spatial 세포 유형 atlas를 보고한다. 이 세포 유형 atlas는 약 700만 개의 세포를 프로파일링한 single-cell RNA sequencing (scRNA-seq) 데이터셋(약 400만 개의 세포가 QC를 통과)과 약 430만 개의 세포를 사용한 *spatial transcriptomic 데이터셋을 결합하여 만들어졌습니다. 이 atlas는 34개의 클래스, 338개의 서브클래스, 1201개의 supertype, 5322개의 cluster로 계층적으로 구성되어 있다. 우리는 온라인 플랫폼인 Allen Brain Cell Atlas를 통해 쥐 전체 뇌의 세포 유형 atlas와 함께 single-cell RNA sequencing 및 MERFISH 데이터셋을 시각화할 수 있었다. 우리는 뇌 전체의 신경 및 비신경 세포 유형을 체계적으로 분석하고, 각 세포 유형의 transcriptomic 정체성과 spatial 특이성 사이에 높은 일치도를 확인했다. 결과는 뇌의 다양한 부위에서 세포 유형 조직의 독특한 특징을 드러내는데, 특히 뇌의 dorsal과 ventral 부분 사이에 **dichotomy가 있다. Dorsal 부분은 상대적으로 적은 수의 매우 다양한 신경 세포 유형을 포함하는 반면, ventral 부분은 더 많은 수의 서로 밀접하게 관련된 신경 세포 유형을 포함한다. 우리의 연구는 또한 서로 다른 세포 유형에서 neurotransmitter 및 neuropeptide의 expression과 co-expression 패턴의 뛰어난 다양성과 이질성을 밝혀냈다. 마지막으로, 우리는 transcription factor가 세포 유형 분류의 주요 결정 요소임을 발견하고, 뇌의 모든 부위에서 세포 유형을 정의하는 결합 transcription factor 조합을 확인했다. 이 전체 쥐 뇌 transcriptomic 및 spatial 세포 유형 atlas는 벤치마크 reference atlas로 설정되었으며, 포유류 뇌의 세포 및 회로 기능, 발달, 진화에 대한 통합적인 조사를 위한 기초 자료로 사용된다.

* spatial transcriptomic 데이터: 공간적 위치와 관련된 세포의 transcriptomic(유전자 발현) 데이터. 세포의 transcriptomic 프로파일과 그들이 위치한 조직 내의 정확한 공간적 위치를 결합하여 분석.
** dichotomy: 두 부분으로 나누어지는 분할, 특히 서로 대립하거나 상반되는 두 요소나 개념 사이의 분할. 본문에서는 뇌의 두 다른 부분, 즉 dorsal(등쪽) 부분과 ventral(배쪽) 부분 사이의 명확한 구분을 지칭.