Расшифровка нервно-психических расстройств с помощью атласа клеток головного мозга человека

В рамках масштабной совместной работы исследователи из Калифорнийского университета в Сан-Диего нанесли на карту генные переключатели в различных типах клеток мозга, проанализировав более миллиона клеток головного мозга человека. Это исследование, являющееся частью инициативы BRAIN, проливает свет на взаимосвязь между определенными типами клеток и нервно-психическими расстройствами. Они также использовали искусственный интеллект для прогнозирования последствий конкретных генетических вариантов высокого риска.

Исследователи составили карту ключевых генов и типов клеток головного мозга, связанных с шизофренией, биполярным расстройством, Болезнь Альцгеймера Болезнь и тяжелая депрессия.

В рамках масштабной межинституциональной работы под руководством Калифорнийского университета в Сан-Диего (UCSD) исследователи проанализировали более миллиона клеток человеческого мозга, чтобы создать подробные карты переключения генов в типах клеток мозга, выявляя связи между конкретными типами клеток. И различные распространенные нервно-психические расстройства. Команда также разработала инструменты искусственного интеллекта для прогнозирования влияния отдельных генетических вариантов высокого риска среди этих клеток и того, как они могут способствовать заболеванию.

Инициатива BRAIN и ее цель

Это новаторское исследование, которое было представлено в специальном выпуске журнала. Науки 13 октября 2023 года, является частью исследований мозга Национального института здравоохранения в рамках Инициативы по передовым инновационным нейротехнологиям или Инициативы BRAIN, которая была запущена в 2014 году. Инициатива направлена ​​на революцию в понимании мозга млекопитающих, в частности, за счет разработки новых технологии. Нейротехника для характеристики типов нейрональных клеток.

Понимание клеточных различий

Каждая клетка человеческого мозга содержит одну и ту же последовательность ДНКНо разные типы клеток используют разные гены в разных количествах. Эта вариация производит множество различных типов клеток мозга и способствует усложнению нейронных цепей. Изучение того, как эти типы клеток различаются на молекулярном уровне, имеет решающее значение для понимания того, как работает мозг, и разработки новых способов лечения неврологических и психиатрических заболеваний.

Сложность человеческого мозга

«Человеческий мозг неоднороден», — сказал ведущий исследователь Пинг Рен, доктор философии, профессор Медицинской школы Калифорнийского университета в Сан-Диего. «Они состоят из очень сложной сети нейронов и ненейрональных клеток, каждая из которых выполняет разные функции. Идентификация различных типов клеток в мозге и понимание того, как они работают вместе, в конечном итоге поможет нам открыть новые методы лечения, которые могут быть нацелены на отдельные типы клеток, имеющие отношение к конкретным заболеваниям».

Основные выводы исследования

В новом исследовании группа исследователей проанализировала более 1,1 миллиона клеток головного мозга в 42 различных областях мозга трех человек. Они идентифицировали 107 различных подтипов клеток головного мозга и смогли связать аспекты их молекулярной биологии с широким спектром нейропсихиатрических заболеваний, включая шизофрению, биполярное расстройство, болезнь Альцгеймера и большую депрессию. Затем исследователи используют эти данные для создания моделей машинного обучения, чтобы предсказать, как конкретные вариации последовательностей ДНК влияют на регуляцию генов и способствуют развитию заболеваний.

Продолжающиеся исследования и будущие усилия

Хотя эти новые открытия дают важную информацию о человеческом мозге и его заболеваниях, ученые еще далеки от составления карты мозга. В 2022 году Калифорнийский университет в Сан-Диего присоединился к Институту Солка и другим организациям, запустившим Центр полигонального атласа клеток человеческого мозга, целью которого является изучение клеток более чем дюжины человеческих мозгов и задание вопросов о том, как мозг меняется в процессе развития. жизни людей, и С болезнью.

«Расширение нашей работы на более высокий уровень детализации на большем количестве мозгов приблизит нас на один шаг к пониманию биологии нервно-психических расстройств и того, как их можно реабилитировать», — сказал Рен.

Ссылка: «Сравнительный атлас доступности одноклеточного хроматина в человеческом мозге» Ян-Эрика Ли, Себастьяна Прессела, Майкла Миллера, Николаса Д. Джонсон, Зихань Ван, Генри Цзяо, Чэньсюй Чжоу, Чжаунин Ван, Ян Се, Оливье Пуарион, Колин Керн, Антонио Пинто Дуарте, Вэй Тянь, Кимберли Селетти, Нора Эмерсон, Джулия Остин, Хасинта Лусеро, Линь Линь, Цянь Ян, Цюань Чжу, Натан Земке, Сара Эспиноза, Анна Мари Янни, Джули Нихус, Ник Д., Тамара Каспер, Надя Шаповалова, Даниэль Хиршштейн, Ребекка Д. Ходж, Стен Леннарссон, Трюгве Баккен, Боаз Леви, К. Дирк Кин, Цзинбо Чжан, Эд Лин, Аллен Ван, М. Маргарита Беренс, Джозеф Р. Экер, Пин Рен, 13 лет, октябрь 2023 г., Науки.
doi: 10.1126/science.adf7044

Соавторами исследования являются: Ян Эрик Ли, Себастьян Прессель, Майкл Миллер, Цзихань Ван, Генри Цзяо, Чэньсюй Чжу, Чжаонин Ван, Ян Эспиноза, Цзинбо Чжан и Аллен Ван из Калифорнийского университета в Сан-Диего и Николас. Д. Джонсон Антонио Пинто-Дуарте, Вэй Тянь, Нора Эмерсон, Джулия Остин, Хасинта Лусеро, М. Маргарета Бернс и Джозеф Р. Экер из Института биологических исследований Солка. Кимберли Силлетт и Стин Леннарссон из Института Каролинкса Аннамари Джанни, Джули Найхус, Ник Ди, Тамара Каспер, Надя Шаповалова, Дэниел Хиршштейн и Ребекка Д. Ходж Трюгве Баккен, Боаз Леви и Эд Лин из Института исследований мозга Аллена и К. Дирк Кейн в Вашингтонский университет Сиэтл.

Ранее исследование было поддержано Национальные институты здоровья (гранты UM1MH130994, U01MH114812, U54HG012510 и S10 OD026929), Национальный научный фонд (грант OIA-2040727); и Фонд Нэнси и Бастера Алфордов, Фонд исследований в области наук о жизни, а также подарки от Google, Adobe и Teradata.