Знакові карти активності генів людського мозку приховують ключі до хвороби Альцгеймера тощо

Детальні карти мозку включають нейрони в префронтальній корі (ілюстрації художника), а також активність генів в імунних і судинних клітинах.Авторство зображення: PASIEKA/SPL/Getty

Дослідники створили найбільшу на сьогодні карту активності генів у префронтальній корі людини1області мозку, які підтримують планування, прийняття рішень, поведінковий і емоційний контроль. Ця знакова карта містить безпрецедентні деталі для вивчення нейродегенеративних і психіатричних захворювань, засновані на даних послідовності більш ніж 6 мільйонів окремих клітин приблизно 1500 людей.

Дослідження було опубліковано сьогодні у збірці з восьми досліджень, включаючи три статті. природи1,2,3.

«Масштаб цього проекту та обсяг роботи, необхідний для його створення, справді дивують», — сказав Жіцяо Мяо, обчислювальний біолог із Національної лабораторії Гуанчжоу Китаю, який не брав участі в роботі. «Одноклітинні дослідження людського мозку традиційно обмежувалися відносно невеликою кількістю індивідуумів. Підштовхування нас до популяційного середовища змінює питання, які ми можемо ставити».

центр планування мозку

Панос Руссос, директор Центру нейрогеноміки захворювань у Школі медицини Ікана на горі Синай у Нью-Йорку та співавтор усіх восьми робіт, сказав, що це дослідження є кульмінацією великомасштабних зусиль, які вперше розпочалися у 2019 році. Консорціум PsychAD, багатоінституційне партнерство США, яке фінансується NIH, було створено, щоб зв’язати генетичні варіації, старіння та і хвороба до змін у конкретних клітинах мозку.

Руссос сказав, що група зосередилася на префронтальній корі, оскільки вона відіграє важливу роль у робочій пам’яті та «виконавчій функції» (процеси високого рівня, які керують плануванням, концентрацією та багатозадачністю). Руйнування специфічної підобласті, що називається дорсолатеральною префронтальною корою, було причетно до кількох психічних розладів і типів деменції, додав Руссос.

Найбільша в історії карта мозку показує величезну кількість нейронів і їхню діяльність у деталях

Щоб створити карту, команда вивчила тканини приблизно 1500 людей, чий мозок був переданий науці після смерті. Донори коливалися від немовлят до 108 років, мали різне походження, і включали як нейротипову контрольну групу, так і людей з діагнозом хвороба Альцгеймера, хвороба Альцгеймера або захворювання мозку. Деменція з тільцями Леві. хвороба Паркінсона; судинна деменція. тауопатія; лобно-скронева деменція. шизофренія; або біполярний розлад.

Дослідники провели такий тип аналізу, який називається одноклітинним секвенуванням РНК. Це деталізує транскрипти РНК, активні в окремих клітинах під час відбору. Це дозволяє вченим дуже детально зрозуміти стан і функції клітин.

Використовуючи цей одноклітинний аналіз, дослідники зафіксували активність генів у більш ніж 6,3 мільйонах окремих клітин мозку, включаючи нейрони, які передають електричні повідомлення, імунні клітини та клітини кровоносних судин.

«Дослідження однієї й тієї самої території за різних умов дозволяє проводити більш узгоджені порівняння та допомагає зв’язати результати з існуючими генетичними та молекулярними дослідженнями», — говорить Руссос. «Це важливе вікно в хворобу мозку, але для розуміння повної картини потрібні додаткові дисципліни».

проект реконструкції

Спочатку дослідники провели базове дослідження1 Використовуючи здоровий мозок людей віком від 1 року до 97 років, ми досліджуємо, як дорсолатеральна префронтальна кора людини змінюється протягом життя. Дослідницька група визначила три чіткі стадії розвитку кори. Існує фаза швидкого ремоделювання на початку життя, стабільність протягом середнього віку (старше 24 років) і друга фаза ремоделювання, яка починається приблизно у віці 65 років. Різні типи клітин демонструють різні закономірності генної активності, включаючи зміни, пов’язані з розвитком мозку на ранньому етапі життя, і зміни в більш пізньому віці, пов’язані з типами клітин, залученими в імунну активність, реакції на стрес і щоденний циркадний ритм мозку.