Comprehensive single-cell atlas of the developing mouse brain

发育中的小鼠大脑的综合单细胞图谱

基本信息

  • 批准号:
    10523550
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 936.46万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2022
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2022-09-01 至 2027-06-30
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

PROJECT SUMMARY The developing mouse brain is a foundational experimental model for investigation of the origins of cell types in the mammalian brain. Comprehensive knowledge of mouse brain development is critical for comparative studies of neurodevelopmental processes, which are key to understanding the remarkable evolutionary innovations that distinguish humans from other species. In addition, developmental information enables refining cell taxonomy in the adult brain by incorporating knowledge of cell type and lineage origins into adult cell classification. Despite the transformative insights enabled by the recently created molecular atlas of the adult mouse brain, we currently lack a comprehensive census of cell types of the developing mouse brain, and the lineage relationships that link them to their adult counterparts. Here we seek to generate a comprehensive, spatially- and temporally-resolved, cellular-resolution atlas of the whole developing mouse brain, sampled at high resolution through the entire period of embryonic and postnatal brain development (from E8.0 to P28). We will employ three complementary approaches to generate comprehensive multi-omic single-cell profiles: 10x Genomics single-cell RNA-seq (scRNA-seq), 10x Genomics Multiome (simultaneous single-nucleus RNA-seq and ATAC-seq, for combined transcriptomic and epigenomic profiling), and Smart-seq3 (for full-length deep RNA-sequencing). In parallel, we will use the spatially resolved transcriptomic method MERFISH across the same densely-sampled timeline, to identify the spatial distribution of all cell types and dynamic changes in cell states across the entire mouse brain. We will apply computational methods to predict developmental lineage relationships from these spatially and temporally resolved datasets, and experimentally validate lineage relationships through both barcode-based in vivo lineage tracing and by functionally testing candidate molecular effectors using multiplexed in utero CRISPR screening (Perturb-seq). Finally, we will pilot integration of developmental datasets across species, mapping single-cell omics datasets from the developing human and non-human primate brains onto the comprehensive mouse brain developing cell type atlas established here, to create a computational alignment of developmental time that will enable understanding of differential regulation of specific developmental events across species. Overall, this project brings together a team of investigators with extensive, demonstrated expertise in brain development, circuitry, single-cell genomics, and assembly of brain atlases to produce a comprehensive developmental brain cell atlas, intended to serve as a first-of-its-kind foundational resource to the neuroscience community for the study of mechanisms of mammalian brain development and neurodevelopmental disorders. Our proposed project will contribute substantially to the overarching goal of BICAN to generate fundamental knowledge on diverse cell types and their three-dimensional organizational principles in the brain across lifespan and evolution.
项目概要 发育中的小鼠大脑是研究细胞类型起源的基础实验模型 哺乳动物的大脑。小鼠大脑发育的全面知识对于比较研究至关重要 神经发育过程的关键,这是理解显着的进化创新的关键 将人类与其他物种区分开来。此外,发育信息能够完善细胞分类学 通过将细胞类型和谱系起源的知识纳入成体细胞分类来研究成体大脑。尽管 最近创建的成年小鼠大脑分子图谱带来了变革性的见解,我们目前 缺乏对发育中的小鼠大脑的细胞类型的全面普查,以及将其联系起来的谱系关系 他们与成年同行。 在这里,我们寻求生成一个全面的、空间和时间分辨率的、细胞分辨率的图集。 整个发育中的小鼠大脑,在胚胎和出生后的整个时期以高分辨率采样 大脑发育(从E8.0到P28)。我们将采用三种互补的方法来生成 全面的多组学单细胞概况:10x Genomics 单细胞 RNA-seq (scRNA-seq)、10x Genomics 多组(同时单核 RNA-seq 和 ATAC-seq,用于组合转录组和表观基因组 分析)和 Smart-seq3(用于全长深度 RNA 测序)。同时,我们将使用空间分辨 转录组方法 MERFISH 跨越相同的密集采样时间线,以确定空间分布 所有细胞类型以及整个小鼠大脑中细胞状态的动态变化。我们将应用计算 从这些空间和时间解析的数据集中预测发育谱系关系的方法, 并通过基于条形码的体内谱系追踪和通过实验验证谱系关系 使用多重子宫内 CRISPR 筛选 (Perturb-seq) 对候选分子效应器进行功能测试。 最后,我们将试点整合跨物种的发育数据集,绘制单细胞组学数据集 从正在发育的人类和非人类灵长类动物大脑到全面的小鼠大脑发育细胞 此处建立的类型图集,用于创建发育时间的计算对齐,这将使 了解跨物种特定发育事件的差异调节。总体来说,这个项目 汇集了一组研究人员,他们在大脑发育、电路、 单细胞基因组学和脑图谱组装以产生全面的发育脑细胞图谱, 旨在作为神经科学界研究的首个基础资源 哺乳动物大脑发育和神经发育障碍的机制。我们提出的项目将 为 BICAN 生成有关不同细胞的基础知识的总体目标做出了重大贡献 生命周期和进化过程中大脑中的类型及其三维组织原则。

项目成果

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