Single-Cell Gene Expression Analysis of Cholinergic Neurons in the Arcuate Nucleus of the Hypothalamus.
Single-Cell Gene Expression Analysis of Cholinergic Neurons in the Arcuate Nucleus of the Hypothalamus.
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下丘脑弧形核中胆碱能神经元的单细胞基因表达分析。
DOI：
10.1371/journal.pone.0162839
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发表时间：
2016
期刊：
影响因子：
3.7
通讯作者：
Jo YH
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Jeong JH;Woo YJ;Chua S Jr;Jo YH
下丘脑中的胆碱感受系统，特别是弓状核 (ARC)，在调节食物摄入方面发挥着作用。 ARC 中的神经元含有多种神经肽、胺和神经递质。为了研究 ARC 神经元的分子和神经化学异质性，我们结合单细胞 qRT-PCR 和单细胞全转录组扩增方法来分析我们精心挑选的 60 个基因在 ARC 单个神经元中的表达模式。免疫组织化学和单细胞 qRT-PCR 分析显示 ARC 中存在表达胆碱乙酰转移酶 (ChAT) 的神经元。每个胆碱能神经元的基因表达模式都显着不同。三分之二的胆碱能神经元表达酪氨酸羟化酶 (Th) mRNA。这些 Th 阳性胆碱能神经元的一大部分是 GABA 能神经元，因为它们表达 GABA 合成酶谷氨酸脱羧酶和囊泡 GABA 转运蛋白转录本。一些胆碱能神经元还表达囊泡谷氨酸转运蛋白转录基因。 POMC 和 POMC 加工酶转录本存在于胆碱能神经元亚群中。尽管存在这种异质性，但单个胆碱能细胞中的基因表达模式似乎以细胞特异性的方式受到高度调节。事实上，膜受体转录物与其各自的细胞内信号传导和下游靶标聚集在一起。这种新的胆碱能神经元群体可能是检测食物稳态需求并控制进食欲望的神经回路的一部分。
The cholinoceptive system in the hypothalamus, in particular in the arcuate nucleus (ARC), plays a role in regulating food intake. Neurons in the ARC contain multiple neuropeptides, amines, and neurotransmitters. To study molecular and neurochemical heterogeneity of ARC neurons, we combine single-cell qRT-PCR and single-cell whole transcriptome amplification methods to analyze expression patterns of our hand-picked 60 genes in individual neurons in the ARC. Immunohistochemical and single-cell qRT-PCR analyses show choline acetyltransferase (ChAT)-expressing neurons in the ARC. Gene expression patterns are remarkably distinct in each individual cholinergic neuron. Two-thirds of cholinergic neurons express tyrosine hydroxylase (Th) mRNA. A large subset of these Th-positive cholinergic neurons is GABAergic as they express the GABA synthesizing enzyme glutamate decarboxylase and vesicular GABA transporter transcripts. Some cholinergic neurons also express the vesicular glutamate transporter transcript gene. POMC and POMC-processing enzyme transcripts are found in a subpopulation of cholinergic neurons. Despite this heterogeneity, gene expression patterns in individual cholinergic cells appear to be highly regulated in a cell-specific manner. In fact, membrane receptor transcripts are clustered with their respective intracellular signaling and downstream targets. This novel population of cholinergic neurons may be part of the neural circuitries that detect homeostatic need for food and control the drive to eat.
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