EASI-PASS: An accessible pipeline for linking functional imaging and mRNA profiling
EASI-PASSは、生細胞の活動を拡張・透明化した組織体積に整合させることで、機能的イメージングデータとmRNAプロファイリングを効率的に連結し、高い回収率で機能的に特定された数千ものニューロンの分子特性評価を可能にする高スループットなパイプラインである。
原論文は CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/) でライセンスされています。 これは査読を受けていないプレプリントのAI生成解説です。医学的助言ではありません。この内容に基づいて健康上の判断をしないでください。 免責事項の全文を読む
脳は、すべての細胞が特定の役割と独自のアイデンティティを持つ、広大で複雑なネットワークです。脳がどのように機能しているかを理解するために、科学者たちはしばしば2つの問いに同時に答える必要があります。それは、「今、その細胞は何をしているのか」そして「それはどのような種類の細胞なのか」という問いです。都市を理解しようとする際、通りを移動する人々を観察しているものの、彼らの名前や職業を知らない状況を想像してみてください。バスに間に合おうと走っている人や公園で立ち止まっている人を見ることはできても、その瞬間の行動をその人の経歴と結びつける方法がなければ、その人が医師なのか、教師なのか、あるいは学生なのかを知ることはできません。神経科学において、この結びつきを作ることは困難です。なぜなら、細胞の動きや発火を観察するために使用されるツールと、それらを定義する遺伝的な指示を読み取るために使用されるツールは、しばしば異なるからです。ある手法は、細胞の生きた動的な活動を捉えますが、別の手法は、保存され固定された細胞内の分子コードを読み取ります。これまで、これら同一の細胞に対する2つの視点を結びつけることは、遅く不完全なプロセスであり、組織を非常に薄く切断して3次元的な文脈を失わせるか、あるいはライブ画像内のどの細胞が保存されたサンプル内のどの細胞と一致するかを推測する必要がありました。
研究者たちは、この問題を解決するために「EASI-PASS」と呼ばれる新しい手法を開発し、ライブイメージングと分子プロファイリングを確実に統合する方法を作り出しました。このプロセスは、生きている脳組織の中で数千の細胞を観察し、特定の信号に反応する際の細胞の形状と位置を記録することから始まります。このライブ記録が完了した後、同じ組織に対して、細胞を大きくして見えやすくするために組織を膨張させる特殊な化学プロセスを施し、さらに光がサンプルの厚み全体を透過できるように透明化します。これにより、科学者は標準的な顕微鏡を使用して、組織の内部の詳細な写真を撮り、各細胞タイプを特定する特定の遺伝的マーカーを探すことができます。この新手法の核心的な成果は、ライブ記録で見られた細胞の形状と位置を、膨張・透明化された組織で見られる細胞と一致させることができるコンピュータシステムです。これは、上空から群衆の写真を撮り、その写真の中のすべての人を、本を薄いページに切り刻むことなく、別の厚い本の中にある詳細なIDカードと照合するようなものです。このシステムは、追跡した細胞の約78パーセントの分子アイデンティティを回収することに成功しており、これは薄い組織のスライスを整列させることに依存していた従来の技術よりも大幅な改善となります。
このアプローチの威力は、脳機能に関する新たな詳細を明らかにするために、マウスの脳の異なる2つの部位でテストされました。一つの実験では、研究者たちは脊髄からの信号を受け取る傍核と呼ばれる小さな領域に焦点を当てました。光を用いてこれらの長距離接続を刺激しながら細胞を観察することで、どの分子タイプのニューロンが信号を受け取っているのかを正確に特定することができました。その結果、高い特異性が示されました。つまり、利用可能なすべての細胞がランダムに混ざっているのではなく、特定の種類の細胞だけが入力に反応していたのです。二つ目の実験では、チームは覚醒状態のマウスの視覚野を観察し、動物がより警戒状態になるにつれて、異なる細胞グループがどのように活動を変化させるかを調べました。彼らは、細胞間のコミュニケーションの仕方が、その位置や特定のクラスに依存していることを見出し、一部のグループは距離が離れるにつれて弱まる強い結合を示しました。これらの知見は、新しい手法が細胞の活動を分子アイデンティティと確実に整列させることができ、脳の多様な細胞タイプが情報を処理するためにどのように連携しているかについて、より明確な視点を提供できることを証明しています。
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