研究結(jié)果
1. 睡眠剝奪對(duì)大腦每個(gè)區(qū)域的轉(zhuǎn)錄活動(dòng)都有不同的影響
對(duì)每個(gè)腦區(qū)進(jìn)行了差異基因表達(dá)分析。篩選顯著差異表達(dá)基因（DEGs），發(fā)現(xiàn)海馬區(qū)受睡眠不足影響的顯著DEGs最多（592個(gè)DEGs），其次是新皮層（401個(gè)DEGs）、下丘腦（266個(gè)DEGs）和丘腦（113個(gè)DEGs）。其中一些DEG，如Rbm3、Hspa5和Srsf5，在之前的海馬體和其他大腦區(qū)域的研究中，已經(jīng)被證明在睡眠剝奪后受到影響。

DEGs的分子功能表現(xiàn)出區(qū)域特異性的差異。在海馬區(qū)，許多與RNA加工相關(guān)的分子功能富集。對(duì)于新皮層，與蛋白激酶活性、GTPase活性、泛素連接酶活性和dna結(jié)合轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合相關(guān)的分子功能被富集。下丘腦中的deg具有與神經(jīng)肽和激素活性相關(guān)的分子功能，以及谷胱甘肽轉(zhuǎn)移酶和過(guò)氧化物酶活性。丘腦中的DEGs富集了肌生成調(diào)節(jié)因子（MRF）結(jié)合的分子功能。令人驚訝的是，海馬區(qū)~98%的顯著下調(diào)，而新皮層區(qū)~96%的顯著上調(diào)。
 

2. 海馬體亞區(qū)受到睡眠剝奪的不同影響
正如本研究和先前的研究表明，海馬體非常容易受到急性睡眠剝奪的影響。這個(gè)大腦區(qū)域由幾個(gè)亞結(jié)構(gòu)組成，即CA1、CA2、CA3和齒狀回（DG）。使用Allen Brain Atlas的scRNA-seq全海馬小鼠數(shù)據(jù)集對(duì)CA1錐體層和齒狀回（DG）顆粒細(xì)胞層進(jìn)行了去卷積，并能夠基于空間位置區(qū)分CA2和CA3錐體層區(qū)域。對(duì)海馬各亞區(qū)域的差異基因表達(dá)分析，CA1錐體層和輻射層受睡眠剝奪的影響最大，所檢測(cè)區(qū)域的DEGs和獨(dú)特的DEGs最多。輻射層有53個(gè)獨(dú)特的DEGs，富集到周期蛋白依賴的蛋白絲氨酸/蘇氨酸激酶活性，而CA1錐體有51個(gè)獨(dú)特的DEGs，富集谷氨酸受體結(jié)合。CA2和CA3錐體層中沒(méi)有顯著影響基因。所以，CA1和DG受到睡眠剝奪的影響，而CA3區(qū)域的影響較小。
 

3. 睡眠剝奪會(huì)導(dǎo)致大腦皮層中特定層的轉(zhuǎn)錄變化
新大腦皮質(zhì)是受睡眠剝奪的第二大影響，將空間數(shù)據(jù)集與Allen Brain Atlas的14000個(gè)成年小鼠皮質(zhì)細(xì)胞分類學(xué)的參考scRNA-seq數(shù)據(jù)集，對(duì)空間數(shù)據(jù)集進(jìn)行了反卷積。根據(jù)每個(gè)點(diǎn)的預(yù)測(cè)評(píng)分來(lái)識(shí)別新皮層的各個(gè)層，并在每一層進(jìn)行差異基因表達(dá)分析。第2/3層和第5層在睡眠剝奪后受轉(zhuǎn)錄影響最大，分別有222個(gè)和225個(gè)顯著的DEGs。各皮層的差異基因分析顯示，在特定層中，獨(dú)特地富集不同的差異表達(dá)基因和分子功能，這可能與皮層內(nèi)處理和皮層輸出中的差異功能有關(guān)。
 

4. 通過(guò)空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析工具（STAnly）將切片注冊(cè)到一個(gè)共同的解剖參考空間，可以對(duì)整個(gè)大腦切片的轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)進(jìn)行不受限制的分析
為了解決空間分辨率的損失，建立了一種分析工具：空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析--STANLY，該工具將多個(gè)樣本的點(diǎn)排列到一個(gè)共同的解剖參考空間，即艾倫小鼠大腦圖譜的共同坐標(biāo)框架（CCF）中，從而允許在不受限制的推理空間中逐點(diǎn)比較轉(zhuǎn)錄組。使用這種方法，在所有樣本切片中檢測(cè)到至少18893個(gè)基因在NSD和SD之間的表達(dá)變化。其中413個(gè)基因顯著差異表達(dá)，150個(gè)基因在所有顯著點(diǎn)顯示上調(diào)，22個(gè)基因在全部顯著點(diǎn)顯示下調(diào)，256個(gè)基因在整個(gè)樣本空間中同時(shí)出現(xiàn)上調(diào)和下調(diào)。這些DEG包括先前描述的，新皮層中，Per1、Nr4a1、Homer1和Arc上調(diào)，Rbm3和Cirbp下調(diào)。顯示出海馬體特異性變化，與去卷積方法中看到的變化類似。
 

參考文獻(xiàn):
Vanrobaeys Yann,Peterson Zeru J,Walsh Emily N et al. Spatial transcriptomics reveals unique gene expression changes in different brain regions after sleep deprivation.[J] .Nat Commun, 2023, 14: 7095.