高解像度のトランスクリプトミクスは、ヒト側頭葉てんかんにおけるグリアの病理を知らせる

てんかんの病態生理は、ニューロンとグリアの間の複雑なネットワーク機能障害の根底にあり、その分子細胞型特異的寄与は、ヒト疾患ではあまり定義されていません。この研究では、ニューロン（neun+）、星状細胞（Pax6+neun-）、およびoligodendroglial前駆細胞（OPC）（olig2+neun-）を同時に分離する方法を検証しました。そして、それを適用して、電極マップされた側頭葉てんかん（TLE）外科サンプルから分離されたそのような集団の明確なトランスクリプトームを特徴付けました。核RNA-seqは細胞型の特異性を確認し、星状細胞、OPC、ニューロンのTLEに関連する一般的および異なる経路の両方に情報を与えました。死後のコントロールと比較して、てんかん星状細胞のトランスクリプトームは、成熟した星状細胞機能のダウンレギュレーションと発達関連遺伝子のアップレギュレーションを示しました。TLEのグリアの不均一性に関するさらなる洞察を得るために、4つの追加のヒトTLEサンプルに対して単一細胞トランスクリプトミクス（SCRNA-seq）を実行しました。統合されたTLEデータセットの分析は、混合されたGFAP+OLIG2+表現型を含む多くの細胞を含む、反応性星状細胞とOPCマーカーの両方のハイブリッドシグネチャを発現するGLIAの顕著な亜集団を明らかにしました。このTLE SCRNA-seqデータセットのさらなる統合分析と以前に公開されていた通常のヒト側頭葉SCRNA-seqデータセットは、TLEでのみハイブリッドグリアのユニークな存在を確認しました。仮性分析により、このハイブリッド集団からOPCと反応性星状細胞の両方に起因する細胞遷移軌道が明らかになりました。ヒトTLEサンプルの免疫蛍光研究により、増殖活性を持ついくつかの細胞を含むGFAP+Olig2+Gliaのまれな存在、およびこれらのサンプルから直接分離された細胞の機能分析がin vitroで開示された細胞の機能分析が確認されました。全体として、外科的てんかんサンプルからのグリアの細胞型特異的分離と、脱分化表現型による異常なグリア亜集団が発見されたトランスクリプトーム分析と組み合わされ、側頭葉てんかんにおける反応性グリアの機能不全の役割に関するさらなる研究が動機付けられました。

The pathophysiology of epilepsy underlies a complex network dysfunction between neurons and glia, the molecular cell type-specific contributions of which remain poorly defined in the human disease. In this study, we validated a method that simultaneously isolates neuronal (NEUN +), astrocyte (PAX6 + NEUN-), and oligodendroglial progenitor (OPC) (OLIG2 + NEUN-) enriched nuclei populations from non-diseased, fresh-frozen human neocortex and then applied it to characterize the distinct transcriptomes of such populations isolated from electrode-mapped temporal lobe epilepsy (TLE) surgical samples. Nuclear RNA-seq confirmed cell type specificity and informed both common and distinct pathways associated with TLE in astrocytes, OPCs, and neurons. Compared to postmortem control, the transcriptome of epilepsy astrocytes showed downregulation of mature astrocyte functions and upregulation of development-related genes. To gain further insight into glial heterogeneity in TLE, we performed single cell transcriptomics (scRNA-seq) on four additional human TLE samples. Analysis of the integrated TLE dataset uncovered a prominent subpopulation of glia that express a hybrid signature of both reactive astrocyte and OPC markers, including many cells with a mixed GFAP + OLIG2 + phenotype. A further integrated analysis of this TLE scRNA-seq dataset and a previously published normal human temporal lobe scRNA-seq dataset confirmed the unique presence of hybrid glia only in TLE. Pseudotime analysis revealed cell transition trajectories stemming from this hybrid population towards both OPCs and reactive astrocytes. Immunofluorescence studies in human TLE samples confirmed the rare presence of GFAP + OLIG2 + glia, including some cells with proliferative activity, and functional analysis of cells isolated directly from these samples disclosed abnormal neurosphere formation in vitro. Overall, cell type-specific isolation of glia from surgical epilepsy samples combined with transcriptomic analyses uncovered abnormal glial subpopulations with de-differentiated phenotype, motivating further studies into the dysfunctional role of reactive glia in temporal lobe epilepsy.