Po raz pierwszy w historii międzynarodowy zespół naukowców stworzył kompletny atlas komórkowy całego mózgu ssaków. Atlas ten służy jako mapa mózgu myszy, opisująca typ, lokalizację i informacje molekularne ponad 32 milionów komórek oraz dostarczająca informacji na temat połączeń między tymi komórkami. Mysz jest najczęściej używanym modelem eksperymentalnym na kręgowcach w badaniach neurologicznych, a ta mapa komórkowa toruje drogę do lepszego zrozumienia ludzkiego mózgu – prawdopodobnie najpotężniejszego komputera na świecie. Atlas komórkowy kładzie także podwaliny pod opracowanie nowej generacji precyzyjnych terapii dla osób z zaburzeniami psychicznymi i neurologicznymi mózgu.
Odkrycia zostały sfinansowane przez inicjatywę National Institutes of Health Brain Research Through Advancing Innovative Neurotechnologies® Initiative® lub The BRAIN Initiative® i ukazały się w zbiorze 10 artykułów opublikowanych w czasopiśmie Nature.
„Atlas myszy umożliwił niespotykane dotąd skupienie się na skomplikowanej sieci komórek mózgowych ssaków, dostarczając naukowcom szczegółów potrzebnych do zrozumienia funkcjonowania i chorób ludzkiego mózgu” – powiedział dr Joshua A. Gordon, dyrektor Narodowego Instytutu Zdrowia Psychicznego, część Narodowych Instytutów Zdrowia.
Atlas komórek opisuje typy komórek w każdym regionie mózgu myszy i ich organizację w tych obszarach. Oprócz informacji strukturalnych atlas komórkowy zapewnia niezwykle szczegółowy katalog transkryptomu komórki – kompletny zestaw odczytów genów w komórce, który zawiera instrukcje wytwarzania białek i innych produktów komórkowych. Informacje transkryptomiczne zawarte w atlasie są zorganizowane hierarchicznie i wyszczególniają klasy komórek, podklasy i tysiące pojedynczych skupisk komórek w mózgu.
Atlas charakteryzuje także epigenom komórki – chemiczne modyfikacje DNA i chromosomów komórki zmieniające sposób wyrażania informacji genetycznej komórki – wyszczególniając tysiące typów komórek epigenomicznych i miliony potencjalnych elementów regulacji genetycznej dla różnych typów komórek mózgowych.
Łącznie informacje strukturalne, transkryptomiczne i epigenetyczne zawarte w tym atlasie zapewniają bezprecedensową mapę organizacji i różnorodności komórek w mózgu myszy. Atlas zawiera również zestawienie neuroprzekaźników i neuropeptydów wykorzystywanych przez różne komórki oraz powiązania między typami komórek w mózgu. Informacje te można wykorzystać jako szczegółowy plan inicjowania i przesyłania sygnałów chemicznych w różnych częściach mózgu. Te sygnały elektryczne stanowią podstawę działania obwodów mózgowych i ogólnego funkcjonowania mózgu.
„Ten produkt stanowi świadectwo siły tej bezprecedensowej, przekrojowej współpracy i toruje nam drogę do bardziej precyzyjnych terapii mózgu” – powiedział dr John Ngai, dyrektor inicjatywy NIH BRAIN.
Z 10 badań zawartych w tym zbiorze siedem jest finansowanych za pośrednictwem sieci spisu ludności NIH BRAIN Initiative Cell Census Network (BICCN), a dwa są finansowane w ramach większej inicjatywy NIH BRAIN. Podstawowym celem BICCN – przełomowego, opartego na współpracy wysiłku mającego na celu zrozumienie budowy komórek mózgu – jest opracowanie kompleksowego spisu komórek w mózgu – gdzie się znajdują, jak się rozwijają, jak współpracują i jak regulują ich aktywność – aby lepiej zrozumieć, jak rozwijają się, postępują zaburzenia mózgu i jak najlepiej je leczyć.
„Wykorzystując wyjątkowy charakter swojej multidyscyplinarnej i międzynarodowej współpracy, BICCN był w stanie osiągnąć to, czego nie udało się wcześniej żadnemu innemu zespołowi naukowców” – powiedziała dr Ngai. „Teraz jesteśmy gotowi na kolejny duży krok – uzupełnienie map komórkowych ludzkiego mózgu i mózgu naczelnych innych niż człowiek”.
Sieć Atlasów Komórkowych Inicjatywy BRAIN (BICAN) to kolejny etap wysiłków Inicjatywy NIH BRAIN mających na celu zrozumienie komórek i funkcji komórkowych mózgu ssaków. BICAN to projekt transformacyjny, który wraz z dwoma innymi projektami na dużą skalę – Inicjatywą BRAIN Initiative Connectivity Across Scales i Armamentarium for Precision Brain Cell Access – ma na celu zrewolucjonizowanie badań w dziedzinie neuronauki poprzez naświetlenie podstawowych zasad rządzących podstawą obwodów zachowania i informowaniem nowe podejścia do leczenia zaburzeń ludzkiego mózgu.