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AHBA|带你了解如何采集全脑基因表达数据

懒麻蛇 2021-08-18
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Allen Human Brain Atlas (AHBA) 是一个整合了大脑基因表达的多模态人脑图集,为研究者提供了免费的可视化和数据挖掘资源,使研究人员能够发现结构,功能和分子生物学之间的联系,并阐明正常和疾病状态下人脑的功能。简单的说就是它可以告诉你某个基因在大脑的某个区域表达的水平是多少。


几年前偶然知道了AHBA,当时用的是alleninf做brain map和gene expression的相关,在随后的python课程中选择AHBA做了一个关于使用API的中期项目,还做过两个青铜级别的研究项目,其中一个将任务态功能连接结果和多巴胺受体基因(DRD1和DRD2)表达做了相关,有一些有意思的结果,如下。


现在AHBA受到越来越多Neuroimage领域研究的青睐,如果绘制一个使用AHBA发文曲线的话,也许是这样的:

使用AHBA做数据分析和发文章也是有段位之分的,如何使用他们提供的API获得基因数据以及各个段位的研究思(tao)路,会在以后的文章中做总结。在开始使用AHBA的Microarray数据之前,我们可以先来简单了解一下,全脑的gene expression是如何采集的。内容根据Allan所长的TED演讲整理,技术细节还是需要参照文献和官方的说明文档。



寻找捐献者,对大脑的要求是

  • 24小时内自然死亡

    • RNA 过不了QC的也不能使用

  • 源于20到60岁正常人

    • 没有大脑伤    

    • 没有有精神史

    • 做毒性检查确保他们没有药物滥用历史


首先做的是扫描结构像包括T1和DTI


将大脑从颅骨中取出



切成一厘米左右的切片然后冷冻运输到西雅图



再将其切成薄片,制作成显微镜切片



随后进行染色和数字化,获取全脑的组织学信息


专家根据被染色的细胞聚集的情况找到组织的边界,作为随后定位和分割的解剖参考


进一步把切片细分


使它可以放在一个更小的低温恒温器上,切成20微米的厚度的薄片。


这里切下是冰冻的slice,让它融化在玻片上面。


染色


使用激光将选定的区域切下来。


从切下来的脑组织中提取出RNA, 做荧光标记,使用DNA Microarray测量每个基因表达的水平。每个绿点代表了玻璃片上的一个人类基因组,包括了25000个不同的基因。


一个大脑差不多有1000多份以上的样本,反复进行测量。


最后将基因表达的数据map到MRI的空间中

(Hawrylycz., et al. 2012)

就这样,2-3年时间采集了6个人的数据,得到了现在研究者在使用的AHBA。虽然时隔多年,仍然觉得是一项非常了不起的工作,而这只不过是Allen Institute for Brain Science众多开源数据中的一个。


这个研究所在西雅图,由保罗·艾伦捐助成立的,快打开网页去了解一下他的传奇人生。





本文及用图整理自:

1. A Map of the Brain: Allan Jones at TEDxCaltech

https://www.youtube.com/watch?v=XBcPFhg0BC8&t=509s

由于公众号限制,无法上传更多的动图,推荐观看这个大概15分钟TED演讲,有中文字幕~ 


2. Hawrylycz, M. J., Lein, E. S., Guillozet-Bongaarts, A. L., Shen, E. H., Ng, L., Miller, J. A., ... & Abajian, C. (2012). An anatomically comprehensive atlas of the adult human brain transcriptome. Nature, 489(7416), 391-399.




GN





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