Brain are complex biological tissues which function relies on coordinated anatomical and molecular structure comprised by a large number of specialized cells. The spatial architecture of brain which is key to the understanding of its physiological and pathological significance is formed during embryo development. However, the molecular basis for discrete neuroanatomical domains particularly in the context of spatial organization of the brain is inadequate. Here, we introduced microfluidic indexing based spatial ATAC and RNA sequencing (MISAR-seq), a method for joint profiling of chromatin accessibility and gene expression with spatial information retained in the developing mouse brain. Our study has established a direct means to spatially determine the coordination between chromatin accessibility and transcriptome, identified the chromatin potential to define cell fate determination of brain organization, and uncovered spatiotemporal regulatory principles during mammalian brain development.

ABSTRACT While spinal cord injury (SCI) involves a complex cascade of cellular and pathological changes that last for months to years, the most dramatic and comprehensive molecular rewiring and multicellular re-organization occur in the first few days, which determine the overall progression and prognosis of SCI, yet remain poorly understood. Here, we resolved the spatiotemporal architecture of multicellular gene expression in a mouse model of acute SCI, and revealed the coordinated gene co-expression networks, the upstream regulatory programs, and in situ cell-cell interactions that underlay the anatomic disorganization as well as the immune and inflammatory responses conferring the secondary injury. The spatial transcriptomic analysis highlights that the genes and cell types in the white matter (WM) play a more active and predominant role in the early stage of SCI. In particular, we identified a distinct population of WM-originated, Igfbp2 -expressing reactive astrocytes, which migrated to the grey matter and expressed multiple axon/synapse-supporting molecules that may foster neuron survival and spinal cord recovery in the acute phase. Together, our dataset and analyses not only showcase the spatially-defined molecular features endowing the cell (sub)types with new biological significance but also provide a molecular atlas for disentangling the spatiotemporal organization of the mammalian SCI and advancing the injury management.