Harta celulară completă a creierului mamiferelor

Un atlas revoluționar de celule care cartografiază întregul creier de șoarece, detaliind peste 32 de milioane de celule, deschide calea pentru o înțelegere mai profundă a creierului uman și dezvoltarea unor tratamente precise pentru tulburările cerebrale.

Pentru prima dată, o echipă internațională de cercetători a creat un atlas celular complet al întregului creier al mamiferelor. Acest atlas servește ca o hartă a creierului șoarecelui, descriind tipul, locația și informațiile moleculare a peste 32 de milioane de celule și oferă informații despre comunicarea dintre aceste celule. Șoarecele este cel mai utilizat model experimental de vertebrate în cercetarea în neuroștiință, iar această hartă celulară deschide calea pentru o mai bună înțelegere a creierului uman – probabil cel mai puternic computer din lume. Atlasul celular pune, de asemenea, bazele pentru dezvoltarea unei noi generații de terapii de precizie pentru persoanele cu tulburări mentale și neurologice ale creierului.

Rezultatele au fost finanțate de Institute Naționale de Sănătate Cercetarea creierului prin dezvoltarea de neurotehnologii inovatoare® InițiativaSau BRAIN® Initiative și apare într-o colecție de 10 lucrări de cercetare publicate în natură.

Joshua A. a spus: „Atlasul șoarecilor a făcut lumină asupra rețelei complexe de celule ale creierului mamiferelor ca niciodată, oferind cercetătorilor detaliile necesare pentru a înțelege funcția și boala creierului uman”, a spus dr. Gordon, MD, director al Institutului Național de Psihiatrie. Sănătatea mintală face parte din Institute Naționale de Sănătate.

Cartografiere detaliată a creierului șoarecelui

Atlasul celular descrie tipurile de celule din fiecare regiune a creierului de șoarece și organizarea lor în acele regiuni. În plus față de aceste informații structurale, Atlasul celular oferă un catalog incredibil de detaliat al transcriptomului unei celule – setul complet de citiri genetice ale celulei, care conțin instrucțiuni pentru fabricarea proteinelor și a altor produse celulare. Informațiile transcriptomice incluse în atlas sunt organizate ierarhic, detaliind clasele de celule, subclasele și mii de grupuri de celule individuale din creier.

Atlasul descrie, de asemenea, genomul celulei, care reprezintă modificările chimice ale celulei ADN Cromozomii schimbă modul în care este exprimată informația genetică a unei celule, detaliând mii de tipuri de celule epigenomice și milioane de elemente de reglare a genelor candidate pentru diferite tipuri de celule cerebrale.

Distribuția spațială a diferitelor tipuri de celule în creierul șoarecelui. Aici MERFISH a fost folosit pentru a măsura 500 de gene în creierul șoarecelui pentru a dezvălui distribuția complexă a tipurilor de celule în creier. Sursa imagine: Yao/van Velthoven/Zeng, Institutul Allen

Împreună, informațiile structurale, transcriptomice și genetice incluse în acest atlas oferă o hartă fără precedent a organizării și diversității celulare în creierul șoarecelui. Atlasul oferă, de asemenea, o prezentare a neurotransmițătorilor și neuropeptidelor utilizate de diferite celule și a relației dintre tipurile de celule din creier. Aceste informații pot fi folosite ca o schiță a modului în care semnalele chimice sunt inițiate și transmise în diferite părți ale creierului. Aceste semnale electrice stau la baza modului în care funcționează circuitele creierului și a modului în care funcționează creierul în general.

Conducerea eforturilor de colaborare și direcțiile viitoare

„Acest produs este o dovadă a puterii acestei colaborări fără precedent și cuprinzătoare și ne deschide calea către terapii cerebrale mai precise”, a spus John Ngai, Ph.D., director al NIH BRAIN Initiative.

Din cele 10 studii incluse în această colecție, șapte sunt finanțate prin intermediul NIH BRAIN Initiative Cell Census Network (BICCN), iar două sunt finanțate prin mai mare NIH BRAIN Initiative. Scopul principal al BICCN, un efort de colaborare de pionierat pentru a înțelege structura celulară a creierului, este de a dezvolta un inventar cuprinzător al celulelor din creier – unde sunt localizate, cum se dezvoltă, cum lucrează împreună și cum funcționează. Reglarea activității lor – pentru a înțelege mai bine cum se dezvoltă și progresează tulburările cerebrale și cum să le tratăm.

„Prin valorificarea naturii unice a colaborării internaționale, multidisciplinare, BICCN a reușit să realizeze ceea ce nicio altă echipă de oameni de știință nu a mai putut realiza până acum”, a spus dr. Ngai. „Acum suntem pregătiți să facem următorul pas mare, care este să completăm hărțile celulare ale creierului uman și ale creierului primatelor non-umane.”

BRAIN Initiative Cell Atlas Network (BICAN) este următoarea fază a eforturilor NIH BRAIN Initiatives de a înțelege celulele și funcțiile celulare ale creierului mamiferelor. BICAN este un proiect transformator care, împreună cu alte două proiecte de anvergură – Inițiativa BRAIN pentru comunicare la scară încrucișată și acces de precizie la celulele creierului – își propune să revoluționeze cercetarea în neuroștiință prin iluminarea principiilor fundamentale care guvernează baza circuitelor comportamentale și informând noi abordări pentru tratarea tulburărilor cerebrale.Om.

Referință: „Un atlas transcriptomic și spațial de înaltă rezoluție al tipurilor de celule în întregul creier al șoarecelui” de Zhizhen Yao, Cindy T. J. van Velthoven, Michael Kunst, Meng Zhang, Delissa McMillen, Changqiu Li, Wen Jong, Jeff Goldie, Alia Abdelhak, Matthew Aitken, Catherine Baker, Pamela Baker, Eliza Barkan, Darren Bertagnoli, Ashwin Bhandewad, Cameron Bilstein, Pragal Bishwakarma, Jazmin Campos, Danielle Curry, Tamara Kasper, Anish Bhaswanth Chaka, Rochelle Chakrabarti, Sakshi Chavan, Min Chen, Michael Clarke, Jenny Close, Kirsten Crichton, Scott Daniel, Peter Devalentine, Tim Dolbear, Lauren Ellingwood, Elisha Viapan, Timothy Fleiss, James Gee, James Gerstenberger, Alexandra Glandon, Jessica Glow, Joshua Gould, James Gray, Nathan Gilford, Johnita Guzman, Danielle Hirschstein, Wendy Ho, Marcus Hooper, Mike Huang, Maddy Hope, Kelly Jane, Matthew Kroll, Kanan Lathia, Ariel Lyon, Sue Lee, Brian Long, Zach Madigan, Jessica Malloy, Jocelyn Malone, Zoe Maltzer, Naomi Martin, Rachel McCue, Ryan McGinty . Nicolas Mei, José Melchor, Emma Merdericks, Tyler Mollenkopf, Skyler Monsmann, Toc Nghi Nguyen, Sven Otto, Trangthan Pham, Christine Remorin, Augustin Ruiz, Raymond Sanchez, Lynn Sawyer, Nadia Shapovalova, Noah Shepherd, Cliff Slotterbeck, Michael Sul, Teo, Amy Torkelson, Herman Tong, Nasmil Valera Cuevas, Shane Vance, Katherine Wadhwani, Caitlin Ward, Boaz Levy, Colin Farrell, Rob Young, Brian Staats, Ming-Qiang Michael Wang, Carol L. Thompson, Shoaib Mufti, Chelsea M. Pagan, Lauren Cross, Nick D., Susan M. Sonkin, Luke Esposito, Michael J. Horelich, Jack Waters, Lydia Ng, Kimberly Smith, Puseljka Tasic, Xiao Zhuang și Hongkui Zeng, 13 decembrie 2023, natură.
doi: 10.1038/s41586-023-06812-z