Clonal analysis of gliogenesis in the cerebral cortex

大脑皮层胶质生成的克隆分析

基本信息

项目摘要

The cerebral cortex critically relies on balanced production of neurons and glia during embryonic and early postnatal development. Recently developed clonal lineage analysis has revealed the behavior of neural stem cells (NSCs) giving rise to neurons in the cerebral cortex with unprecedented single-cell resolution. However, the formation of glia by NSCs remains unclear and has yet to be systematically investigated using these new technologies. Gliogenesis is critical for proper neuronal functions and when disrupted, it can result in various neurological diseases. Reconstructing how glia are generated from individual NSCs and organized in the cortex during development is essential to understand the structure-function relationships and how they can be modulated by clone-specific factors. We have established a genetically-based single-cell lineage tracing technique utilizing MADM (Mosaic Analysis with Double Markers) mice to label NSCs in the developing cortex and begin to address this knowledge gap. Using this method we have found two distinct populations of glia that occupy different territories of the cortex and its related structure the hippocampal formation. The goal of the proposed research is to reconstruct, quantify, and mathematically model the behavior of individually labeled NSCs in vivo. We will use the power of this labeling method to also screen for gene expression of glial clones at single cell resolution, which all together will help us decipher the general principles organizing glial clones in the cortex, and define how clonal siblings interact with each other. We will test the role of some of the identified genes in generation of glial clones in the cortex, which will further help define the biological system underlying principles of gliogenesis. Successful completion of our study will result in a comprehensive map of single NSCs and their glial progeny in various cortical regions. Our approach will also establish a platform for detailed quantitative and computational analysis of gliogenesis, glial diversity, and their potential for regenerative approaches in the cortex. Potential for Broader Impact Our approaches to understand how important constituents of the brain, the glial cells, develop have wide implications. Disruption of glial development is the root of a range of pathological conditions in the brain. Therefore, understanding the basic principles and cellular mechanisms that control gliogenesis is critical to appreciate not only how healthy development may be controlled by systematic production of glial cells, but also how abnormalities in gliogenesis may lead to devastating neurodevelopmental disorders and brain tumors.
脑皮质严重依赖于胚胎和早期的神经元和神经胶质的平衡产生 产后发展。最近开发的克隆谱系分析揭示了神经茎的行为 细胞(NSC)在具有前所未有的单细胞分辨率的大脑皮层中引起神经元。然而, NSC的形成Glia尚不清楚,并且尚未使用这些新的系统进行系统的研究 技术。神经胶质发生对于适当的神经元功能至关重要,并且在破坏时,可能会导致各种 神经疾病。重建来自单个NSC的神经胶质的生成并在 开发过程中的皮层对于了解结构功能关系以及它们如何成为必不可少 由克隆特异性因素调节。我们已经建立了一个基于遗传的单细胞谱系跟踪 利用MADM(带有双标记的马赛克分析)小鼠的技术在发育中的皮质中标记NSC 并开始解决这个知识差距。使用这种方法,我们发现了两个不同的神经胶质种群 占据皮质的不同地区及其相关结构海马形成。目标的目标 拟议的研究是重建,量化和数学对单独标记的行为进行建模 NSC在体内。我们将使用这种标签方法的功率来筛选用于神经胶质克隆的基因表达 在单细胞分辨率下,这将共同帮助我们破译一般原理组织神经胶质克隆 皮质,并定义克隆兄弟姐妹如何相互作用。我们将测试一些已确定的作用 皮质中神经胶质克隆的产生基因,这将进一步有助于定义生物系统的基础 神经胶质发生的原理。成功完成我们的研究将导致单个NSC的全面地图 以及它们在各个皮质区域的神经胶质后代。我们的方法还将建立一个详细的平台 神经胶质发生,神经胶质多样性及其再生潜力的定量和计算分析 在皮质中接近。 潜力更广泛 我们了解大脑,神经胶质细胞的重要成分的方法 含义。神经胶质发育的破坏是大脑中一系列病理条件的根源。 因此,了解控制神经胶质发生的基本原理和细胞机制对于 不仅要通过系统地产生神经胶质细胞来控制健康的发展,还感谢 神经胶质发生的异常如何导致毁灭性神经发育障碍和脑肿瘤。

项目成果

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COMBINe enables automated detection and classification of neurons and astrocytes in tissue-cleared mouse brains.
  • DOI:
    10.1016/j.crmeth.2023.100454
  • 发表时间:
    2023-04-24
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