scATAC文献：人类大脑皮质单细胞水平染色质和基因调控的动态发

文献名：Chromatin and gene-regulatory dynamics of the developing human cerebral cortex at single-cell resolution

Part1:
Continuous trajectories of gene regulation across cortical neuron differentiation
跨皮层神经元分化基因调控的连续轨迹

GluN：谷氨酸能神经元

GluN在发育过程中以特定的序列出现。尽管已经描述了控制其命运的几个关键factors，但在人类发育过程中，控制其规格、迁移和成熟的逻辑尚未得到解决。为了定义GluN发展的轨迹，我们用拟时值对相关簇中的每个细胞进行注释。该注释是使用基于通过细胞相似性网络diffusion的算法得出的，该网络源自RNA速度（图3A）。

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值得注意的是，该算法将轨迹在循环细胞群中。为了测试皮质结构如何映射到该轨迹上，我们接下来将包含成人皮质神经元的独立scRNA序列数据投射到发育landscape中，并确定成年每个scRNA-seq的最近邻细胞。

成体GluN优先投射到用后期拟时间注释的细胞邻域，拟时间与成体细胞注释的层显著相关。正如预期的那样，我们还观察到早期和晚期时间点与成人皮质深层和浅层的显著关联。

当我们比较从早期妊娠时间点（PCW16）到晚期时间点（PCW20–PCW24）迁移神经元的表达水平时，我们观察到LIMCH1、RUNX1、SNCB和DOK5的表达增加，AP-1 TF家族（JUN、FOS）、 heat shock factors HSPA1A/B和DUSP1的表达减少。

总的来说，我们发现之前与神经发生相关的差异表达基因很少，这表明相当程度的基因表达和调节变异可能与拟时间有关，而不是妊娠时间有关。因此，我们决定沿着伪时间轴研究regulatory dynamics。

为了将表达轨迹与调控元件的可及性动力学联系起来，我们将拟时间值从RNA细胞转移到最近的ATAC细胞neighbors，证实这在染色质manifold中产生了一个平滑的拟时间连续（图3B）。

通过将我们基于相关性的CRE-to-gene链接方法应用于谷氨酸能神经元谱系，我们确定了13989个拟时间的动态相互作用，并将其分为五类（图3C）。

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在拟时间早期活跃的连锁基因表现出细胞分裂和神经前体增殖的基因本体（GO）富集，而随后的相互作用与形态发生、迁移和成熟有关（图3D）。

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有趣的是，编码TFs和DNA结合蛋白的基因在中间相互作用中特别丰富，而与ASD易感性相关的基因更可能在以后的拟时间内连接。为了指定可能控制这些程序的转录因子，我们确定了在不同的连锁调控元件簇中富集的motif。

轨迹早期相互作用丰富的基序包括ZNF740、KLF16、SP1/2和ASCL1（图3E）。相反，与中期和晚期拟时间相关的相互作用簇与神经元TFs（NEUROD1/2、NEUROG1、MEF2C）的motif相关。

接下来，我们描述了TF驱动的拟时间内神经发生的regulatory dynamics。为了缓解由于本分析中motif之间的序列相似性而产生的相关偏差，我们利用了先前消除歧义的TF基序簇资源。

然后，我们通过将TF表达与可及性衍生的motif活动评分相关联，将特定TF基因与这些motif簇相关联，从而产生31个TF和24个基序簇的配对。我们观察到动态调节因子的TF表达和motif活性随发育拟时间同步变化，从PAX6、SOX2/6/9、GLI3和ASCL1 motif开始，然后是中间阶段因子motif（EOMES、NFIA、NFIB、NEUROD1），最后是晚期基序（NEUROD2、BHLHE22、MEF2C；图3F）。

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总之，这些数据描述了皮质发生过程中连贯的、连续的motif活性波动变化，这些变化在整个妊娠时间点上是一致的。

为了了解TFs在皮质发生过程中是如何协调的，我们计算了motif家族可及性的全基因组协同效应和相关模式（图3G和3H）。

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我们发现了三大类与可及性和拟时间内TF表达相关的motif（图3G-3I）：
（1）表现出中度协同作用的早期活动基序（SOX、GLI、PAX），
（2）在其类内高度协同的中间活动基序（NFI、TBX/EOMES），
（3）不太合作且通常表现为更独立运作的晚期活性motif（NEUROD2/BHLHE22，MEF2）。

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这些发现表明，在神经发生的早期，TF motif的协调程度较高，并且由一组较小的更独立的TF调节成熟。