O μεγαλύτερος χάρτης του ανθρώπινου εγκεφάλου που έγινε ποτέ

by Επιστημονική Ομ...

Οι ερευνητές έχουν δημιουργήσει τον μεγαλύτερο άτλαντα ανθρώπινων εγκεφαλικών κυττάρων μέχρι στιγμής, αποκαλύπτοντας περισσότερους από 3.000 τύπους κυττάρων — πολλοί από τους οποίους είναι νέοι στην επιστήμη. Το έργο, που δημοσιεύτηκε σε ένα πακέτο 21 εργασιών σήμερα στο Science, Science, Science Advances and Science Translational Medicine, θα βοηθήσει στη μελέτη των ασθενειών, της γνώσης και του τι μας κάνει ανθρώπους, μεταξύ άλλων, λένε οι συγγραφείς.

Ο τεράστιος άτλαντας των κυττάρων προσφέρει μια λεπτομερή στιγμιότυπο του πιο περίπλοκου γνωστού οργάνου. Οι ερευνητές έχουν χαρτογραφήσει στο παρελθόν τον ανθρώπινο εγκέφαλο χρησιμοποιώντας τεχνικές όπως η απεικόνιση μαγνητικού συντονισμού, αλλά αυτός είναι ο πρώτος άτλαντας ολόκληρου του ανθρώπινου εγκεφάλου σε επίπεδο μονοκυττάρου, που δείχνει τις περίπλοκες μοριακές του αλληλεπιδράσεις. Αυτοί οι τύποι άτλαντων πραγματικά θέτουν τις βάσεις για μια πολύ καλύτερη κατανόηση του ανθρώπινου εγκεφάλου.

Η έρευνα αποτελεί μέρος της Έρευνας Εγκεφάλου των Εθνικών Ινστιτούτων Υγείας των ΗΠΑ μέσω της Πρωτοβουλίας Προώθησης Καινοτόμων Νευροτεχνολογιών — Δίκτυο Απογραφής Κυττάρων (BICCN), μια συνεργασία εκατοντάδων επιστημόνων. Οι στόχοι του προγράμματος περιλαμβάνουν την καταλογογράφηση τύπων εγκεφαλικών κυττάρων σε ανθρώπους, μη ανθρώπινα πρωτεύοντα και ποντίκια για τη βελτίωση της κατανόησης των κυτταρικών μηχανισμών πίσω από τις κακώς κατανοητές εγκεφαλικές διαταραχές. Τα δεδομένα από τις 21 μελέτες έχουν δημοσιοποιηθεί στο διαδικτυακό αποθετήριο Neuroscience Multi-omic Archive.

Κυτταρικό θηριοτροφείο

Η Kimberly Siletti, νευροεπιστήμονας τώρα στο Πανεπιστημιακό Ιατρικό Κέντρο της Ουτρέχτης στην Ολλανδία, και η ομάδα της έθεσαν τον ακρογωνιαίο λίθο για τον άτλαντα αναλύοντας την αλληλουχία του RNA περισσότερων από 3 εκατομμυρίων μεμονωμένων κυττάρων από 106 τοποθεσίες που καλύπτουν ολόκληρο τον ανθρώπινο εγκέφαλο, χρησιμοποιώντας δείγματα ιστών από τρία νεκροί άντρες δότες. Περιλάμβαναν επίσης μια ανατομή κινητικού φλοιού από γυναίκα δότη που είχε χρησιμοποιηθεί σε προηγούμενες μελέτες. Η ανάλυσή τους κατέγραψε 461 ευρείες κατηγορίες εγκεφαλικών κυττάρων που περιελάμβαναν περισσότερους από 3.000 υποτύπους.

Οι νευρώνες - κύτταρα στον εγκέφαλο και το νευρικό σύστημα που στέλνουν και λαμβάνουν σήματα - διέφεραν ευρέως σε διαφορετικά μέρη του εγκεφάλου, υποδηλώνοντας διαφορετικές λειτουργίες και αναπτυξιακά ιστορικά. Ο συνδυασμός νευρώνων και άλλων τύπων κυττάρων διέφερε επίσης σε κάθε περιοχή. Oρισμένα κύτταρα βρέθηκαν μόνο σε συγκεκριμένες τοποθεσίες. Το εγκεφαλικό στέλεχος — μια σχετικά ανεπαρκώς μελετημένη δομή που συνδέει τον εγκέφαλο με το νωτιαίο μυελό — φιλοξενούσε έναν ιδιαίτερα μεγάλο αριθμό τύπων νευρώνων, λέει ο συν-συγγραφέας της μελέτης Sten Linnarsson, βιολόγος μοριακών συστημάτων στο Ινστιτούτο Karolinska στη Στοκχόλμη της Σουηδίας.

Άλλες μελέτες διερεύνησαν τους μηχανισμούς γονιδιακής ρύθμισης και έκφρασης σε διαφορετικά κύτταρα. Ο Joseph Ecker, μοριακός βιολόγος στο Salk Institute for Biological Studies στη La Jolla της Καλιφόρνια, και οι συνεργάτες του ερεύνησαν τον εγκέφαλο μέσω ενός επιγενετικού φακού χρησιμοποιώντας δείγματα ιστών από τους ίδιους τρεις δότες. Ανέλυσαν χημικούς δείκτες που ενεργοποιούν ή απενεργοποιούν τα γονίδια σε περισσότερα από 500.000 μεμονωμένα κύτταρα. Τα διάφορα μόρια που λειτουργούσαν ως διακόπτες επέτρεψαν στην ομάδα να αναγνωρίσει σχεδόν 200 τύπους εγκεφαλικών κυττάρων. Ακόμη και το ίδιο γονίδιο στον ίδιο τύπο κυττάρου θα μπορούσε να έχει διαφορετικά χαρακτηριστικά στον εγκέφαλο. Ένα γονίδιο ενεργοποιήθηκε με έναν διακόπτη στο μπροστινό μέρος του εγκεφάλου και με έναν άλλο στο πίσω μέρος.

Ο εντοπισμός των διακοπτών που ενεργοποιούν ή μπλοκάρουν την έκφραση γονιδίων στα εγκεφαλικά κύτταρα θα μπορούσε να είναι χρήσιμος για τη διάγνωση εγκεφαλικών διαταραχών και την ανάπτυξη προσαρμοσμένων θεραπειών.

Κίνδυνος ασθένειας

Η βελτίωση της κατανόησης του τρόπου με τον οποίο οι γενετικοί διακόπτες μπορεί να συμβάλλουν στον κίνδυνο ασθένειας ήταν επίσης το επίκεντρο του Bing Ren, ενός μοριακού βιολόγου στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια, στο Σαν Ντιέγκο, και της ομάδας του. Ανέλυσαν πώς περισσότερα από ένα εκατομμύριο εγκεφαλικά κύτταρα από τους τρεις δότες έχουν πρόσβαση και χρησιμοποιούν γενετικές πληροφορίες. Οι ερευνητές αποκάλυψαν σχέσεις μεταξύ ορισμένων τύπων εγκεφαλικών κυττάρων και νευροψυχιατρικών διαταραχών, όπως η διπολική διαταραχή, η κατάθλιψη και η σχιζοφρένεια.

Ο Ρεν και οι συνεργάτες του χρησιμοποίησαν τα δεδομένα κυτταρικού τύπου για να προβλέψουν πώς οι γενετικοί διακόπτες επηρεάζουν τη ρύθμιση των γονιδίων και αυξάνουν τον κίνδυνο νευρολογικών παθήσεων. Για παράδειγμα, σε κύτταρα που ονομάζονται μικρογλοία, τα οποία απομακρύνουν νεκρά ή κατεστραμμένα κύτταρα, η παρουσία ορισμένων γενετικών διακοπτών ήταν έντονη συνδέονται με τους κινδύνους της νόσου του Αλτσχάιμερ. Τέτοια ευρήματα μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να ελεγχθεί εάν συγκεκριμένα γονίδια ή ελαττωματικοί διακόπτες συμβάλλουν άμεσα στην εμφάνιση της νόσου.

Το επόμενο βήμα για την ομάδα του BICCN είναι να ακολουθήσει περισσότερα κύτταρα από όλα τα μέρη του εγκεφάλου. Οι ερευνητές θα εργαστούν επίσης με περισσότερα δείγματα ιστού για να δημιουργήσουν μια εικόνα για το πώς μπορεί να διαφέρει ο ανθρώπινος εγκέφαλος μεταξύ πληθυσμών και ηλικιακών ομάδων.

πηγή: doi: https://doi.org/10.1038/d41586-023-03192-2

Μελέτες