Functionally guided adult whole brain cell atlas in human and NHP

人类和 NHP 的功能引导成人全脑细胞图谱

基本信息

  • 批准号:
    10687245
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 1737.97万
  • 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:
    2022-08-22 至 2027-06-30
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

Progress in treating brain disorders has been frustratingly slow, in large part due to the extraordinary complexity of the human brain and its inaccessibility to study. Remarkable advances in technologies for studying individual cells, most notably single cell genomics, have revolutionized the study of complex nervous tissues and have been used to map cellular diversity across the entire mouse brain with cell types defined by their specific patterns of gene usage and gene regulatory mechanisms. These highly scalable methods have been successfully applied to brain tissue from human and other species and are ready to be applied to whole brains from humans and non-human primates. A major challenge with studying the human brain is bridging fields and scales from functional MRI and macroscale connectomics to histological, cellular and molecular analyses. Bridging these domains is essential to creating a transformative new cell atlas that will describe the cellular and molecular underpinnings of the functional organization of the human brain. An important recent development from single cell genomic analysis is that cell types can be aligned across species and are highly conserved across mammals from mice to humans, although more similar in evolutionarily closer primates than in rodents. This finding amplifies the value of primate species in helping to understand human brains and infer cellular properties that cannot be measured in humans. The current proposal brings together a unique team of world leaders to tackle the challenge of creating a new human and non-human primate cell atlas linked to functional brain architecture. Single cell transcriptomic, epigenomic and spatial transcriptomics will be used to classify and spatially map cell types across the entire human, macaque and marmoset brain, sampling based on brain maps derived from structural and functional imaging. Function-localizing fMRI in macaques will allow the direct analysis of cellular correlates of functional topography. Advances in spatial transcriptomics will allow an unprecedented whole primate brain map of cell types. Unique access to macaque tissues for analysis of cellular anatomy and physiology allows the characterization of molecularly-defined cell types in many brain regions. Similar techniques will be applied to living neurosurgically-derived human brain tissues, coupled with enhancer-AAV based tools to allow selective genetic labeling of cell types. Finally, profiling regions central to perception, behavior and mood across many individuals and diverse mammals will link genetic, environmental and evolutionary factors to cellular variation. The outcome of these efforts will produce a new reference classification for cell types across the whole human and NHP brain, spatial maps of molecularly defined cell types, and phenotypic characterization of fundamental brain cell types. The classification will align homologous cell types from mice, marmosets, macaques and humans, allowing inference and comparison of cellular properties across species. Furthermore, data will be aligned in common coordinate frameworks, allowing creation of new atlases spanning structural, functional, cellular and molecular information. All data and analyses will be distributed to the research community, including a formal cell ontology of cell types across species and visualization tools for broad community access.
治疗脑部疾病的进展缓慢得令人沮丧,这在很大程度上是由于脑部疾病的异常复杂性 人脑及其难以研究。研究单个细胞的技术取得了显着进步,大多数 尤其是单细胞基因组学,彻底改变了复杂神经组织的研究,并已被用于绘制细胞图谱 整个小鼠大脑的多样性,其细胞类型由其特定的基因使用和基因调控模式定义 机制。这些高度可扩展的方法已成功应用于人类和其他物种的脑组织 并准备好应用于人类和非人类灵长类动物的整个大脑。研究的一个重大挑战 人类大脑正在连接从功能性 MRI 和宏观连接组学到组织学、细胞学和 分子分析。连接这些领域对于创建一个变革性的新细胞图谱至关重要,该图谱将描述 人脑功能组织的细胞和分子基础。最近一个重要的 单细胞基因组分析的发展是细胞类型可以跨物种比对并且高度保守 从老鼠到人类的哺乳动物中都有这种现象,尽管在进化上更接近的灵长类动物比啮齿类动物更相似。这一发现 放大了灵长类动物在帮助理解人类大脑和推断细胞特性方面的价值 在人类中测量。 当前的提案汇集了一个由世界领导人组成的独特团队,以应对创造新人类和新人类的挑战。 与功能性大脑结构相关的非人类灵长类细胞图谱。单细胞转录组、表观基因组和空间 转录组学将用于对整个人类、猕猴和狨猴的细胞类型进行分类和空间绘图 大脑,根据结构和功能成像得出的脑图进行采样。猕猴功能定位功能磁共振成像 将允许直接分析功能拓扑的细胞相关性。空间转录组学的进步将允许 前所未有的灵长类动物全脑细胞类型图。独特地获取猕猴组织以进行细胞分析 解剖学和生理学允许对许多大脑区域中分子定义的细胞类型进行表征。相似的 技术将应用于活体神经外科衍生的人脑组织,并结合基于增强子 AAV 的工具 允许对细胞类型进行选择性基因标记。最后,对感知、行为和情绪的核心区域进行分析 许多个体和不同的哺乳动物会将遗传、环境和进化因素与细胞变异联系起来。 这些努力的成果将为整个人类和 NHP 的细胞类型提供新的参考分类 大脑、分子定义的细胞类型的空间图以及基本脑细胞类型的表型特征。这 分类将比对来自小鼠、狨猴、猕猴和人类的同源细胞类型,从而可以进行推断和 跨物种细胞特性的比较。此外,数据将在通用坐标框架中对齐, 允许创建涵盖结构、功能、细胞和分子信息的新图谱。所有数据和分析 将分发给研究界,包括跨物种细胞类型的正式细胞本体论和可视化 用于广泛社区访问的工具。

项目成果

期刊论文数量(6)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Genes associated with cognitive ability and HAR show overlapping expression patterns in human cortical neuron types.
与认知能力和 HAR 相关的基因在人类皮质神经元类型中表现出重叠的表达模式。
  • DOI:
  • 发表时间:
    2023-07-13
  • 期刊:
  • 影响因子:
    16.6
  • 作者:
    Driessens, Stan L W;Galakhova, Anna A;Heyer, Djai B;Pieterse, Isabel J;Wilbers, René;Mertens, Eline J;Waleboer, Femke;Heistek, Tim S;Coenen, Loet;Meijer, Julia R;Idema, Sander;de Witt Hamer, Philip C;Noske, David P;de Kock, Christiaan P J;Le
  • 通讯作者:
    Le
Compound models and Pearson residuals for normalization of single-cell RNA-seq data without UMIs.
用于在没有 UMI 的情况下对单细胞 RNA-seq 数据进行归一化的复合模型和 Pearson 残差。
  • DOI:
  • 发表时间:
    2023-08-05
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Lause, Jan;Ziegenhain, Christoph;Hartmanis, Leonard;Berens, Philipp;Kobak, Dmitry
  • 通讯作者:
    Kobak, Dmitry
Structural and functional specializations of human fast-spiking neurons support fast cortical signaling.
人类快速尖峰神经元的结构和功能特化支持快速皮质信号传导。
  • DOI:
  • 发表时间:
    2023-10-13
  • 期刊:
  • 影响因子:
    13.6
  • 作者:
    Wilbers, René;Galakhova, Anna A;Driessens, Stan L W;Heistek, Tim S;Metodieva, Verjinia D;Hagemann, Jim;Heyer, Djai B;Mertens, Eline J;Deng, Suixin;Idema, Sander;de Witt Hamer, Philip C;Noske, David P;van Schie, Paul;Kommers, Ivar;Luan, Guomi
  • 通讯作者:
    Luan, Guomi
Temporal disparity of action potentials triggered in axon initial segments and distal axons in the neocortex.
新皮质中轴突初始段和远端轴突触发的动作电位的时间差异。
  • DOI:
  • 发表时间:
    2023-10-13
  • 期刊:
  • 影响因子:
    13.6
  • 作者:
    Rózsa, Márton;Tóth, Martin;Oláh, Gáspár;Baka, Judith;Lákovics, Rajmund;Barzó, Pál;Tamás, Gábor
  • 通讯作者:
    Tamás, Gábor
SpaceWalker enables interactive gradient exploration for spatial transcriptomics data.
SpaceWalker 支持空间转录组数据的交互式梯度探索。
  • DOI:
  • 发表时间:
    2023-12-18
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Li, Chang;Thijssen, Julian;Kroes, Thomas;de Boer, Mitchell;Abdelaal, Tamim;Höllt, Thomas;Lelieveldt, Boudewijn
  • 通讯作者:
    Lelieveldt, Boudewijn
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