Первый атлас человеческого мозга объясняет, что делает нас людьми

Теперь журналыНаука‘, ‘Достижения науки‘ й ‘Научная трансляционная медицинаопубликовали в общей сложности 21 исследование, в которых представлен первый атлас мозга человека и приматов на уровне типов клеток с беспрецедентной детализацией.

Это монументальные коллективные усилия позволили нам охарактеризовать более 3000 типов клеток человеческого мозга., раскрывая характеристики, которые в некоторых аспектах отличают нас от других приматов. Находка сравнима с Проект «Геном человека».

Понимание человеческого мозга с таким разрешением не только поможет ученым определить, какие типы клеток больше всего подвержены конкретным мутациям, которые приводят к неврологическим заболеваниям. Например, они могут открыть путь к пониманию причин таких заболеваний, как аутизм или психические расстройства эмбрионального происхождения, или нейродегенеративных заболеваний, таких как деменция, болезнь Паркинсона или болезнь Альцгеймера, манифестация которых происходит в пожилом возрасте.

Также предложит новое понимание того, кем мы являемся как вид. Как недавно признанный ABC Рафаэль Юсте, идеолог проекта МОЗГи директор Центра нейротехнологий Колумбийского университета в Нью-Йорке, «так же, как в 20-м веке генетика и молекулярная биология представляли собой изменение для биологии, в 21-м это будет изменение нейробиологии. Это будет революция для человеческого рода; Я сравниваю это с новым Ренессансом. Познание себя началось в эпоху Возрождения. И последствия будут самые разные: конечно, медицинские, гуманистические, экономические.

Прыжок в клинику

Исследования являются частью Сеть переписи клеток Инициативы Национального института здоровья мозга (США), программа стартовала в 2017 году.

В рамках этих усилий сотни ученых со всего мира сотрудничали в различных исследованиях, используя самые передовые технологии молекулярной биологии. «Эти методы традиционно использовались в доклинических исследованиях с участием грызунов и других экспериментальных моделей», — пишет он. Маттиа Марозоредактор журнала «Наука».

Исследования организованы вокруг пять основных тем: атлас одиночных клеток взрослого человека; Атлас одноклеточных клеток взрослых приматов, кроме человека; сравнительный анализ отдельных клеток, сравнивающий клеточный состав мозга человека с клеточным составом мозга приматов; анализ одиночных клеток в развитии мозга человека и приматов, не относящихся к человеку, а также анализ функций и анатомии типов нейрональных клеток человека и приматов, не относящихся к человеку.

Основная работа состоит из трех исследований, которые легли в основу первого проекта карты клеток головного мозга человека.

Так, исследование, проведенное Нельсоном Йохансеном из Алленовский институт исследований мозга (США) проанализировали вариации типов клеток в мозге у 75 взрослых людей, перенесших операции по поводу эпилепсии и опухолей. Работа показывает, как клетки головного мозга различаются у разных людей, обеспечивая основу для типирования клеток в здоровом состоянии и при заболеваниях.

Другое исследование, проведенное под руководством Николас Йорстадиз того же исследовательского центра исследует, как изменение типов клеток зависит от области мозга.

Понимание того, какие особенности клеточной организации мозга специфичны для человека по сравнению с приматами, является ключевой целью проекта.

В работе Йорстада использовались самые современные технологии анализа взрослых людей, шимпанзе, горилл, макак-резус и т. д. Среди других результатов: Команда показала, что нейроны шимпанзе больше похожи на нейроны гориллы, чем на нейроны человека.хотя шимпанзе и люди имеют более недавнего общего предка.

Лечить рак

Два других исследования, проведенные в Каролинский институт (Швеция), дают ключ к разгадке различных заболеваний головного мозга и дают надежду на будущие медицинские достижения, такие как новые противораковые препараты.

В сотрудничестве с Эд Лайн, из Института Аллена, используя три человеческих мозга, подаренных взрослыми, было проанализировано более трех миллионов отдельных ядер клеток с использованием метода секвенирования РНК, который выявляет генетическую идентичность каждой клетки. В общей сложности они изучили клетки чуть более ста областей мозга и обнаружили более 3000 типов клеток, из которых примерно 80 процентов были нейронами, а остальные — различными типами глиальных клеток.

«Большая часть исследований сосредоточена на коре головного мозга, но наибольшее разнообразие нейронов обнаружено в стволе мозга», — отмечает он. Стен Линнарссон. «Мы считаем, что некоторые из этих клеток контролируют врожденное поведение, такое как болевые рефлексы, страх, агрессия и сексуальность».

Исследователи также смогли заметить, что идентичность клеток отражает место в мозге, где они впервые развились у плода. В сотрудничестве со Шведским консорциумом по Клеточный атлас человеческого развития Они проанализировали более миллиона отдельных ядер клеток 27 эмбрионов на разных стадиях развития (от 5 до 14 недель оплодотворения).

Исследование позволило исследователям показать, как весь мозг развивается и организуется с течением времени.

Хотя результаты являются примерами фундаментальных исследований в области молекулярной биологии, полученные новые знания также могут заложить основу для медицинских достижений. Например, группа Линнарссона использовала аналогичные методы для исследования различных типов опухолей головного мозга.

«Опухолевые клетки выглядят как незрелые стволовые клетки и, похоже, пытаются сформировать мозг, но совершенно неорганизованно», — объясняет он. «Мы наблюдали, что эти раковые клетки активировали сотни специфичных для них генов, и было бы интересно исследовать, есть ли какой-либо потенциал для поиска новых терапевтических мишеней».

Из восьми статей, опубликованных в журнале «Science Advances», работа Рене Уилберса из Амстердамский университет (Нидерланды) исследует, как быстро синхронизирующиеся интернейроны у людей поддерживают высокую скорость синхронизации, несмотря на большие расстояния между нейронами, чем их аналоги у крыс.

Еще одно исследование, опубликованное в журнале Science Translational Medicine под руководством Сета Амента, из Университет Мэриленда (США), основное внимание уделяется воспалению в раннем возрасте, клинически установленному фактору риска ряда неврологических расстройств.

Исследователи исследовали посмертные ткани головного мозга, пожертвованные от 17 детей, умерших в возрасте от одного до пяти лет: восемь от воспалительных заболеваний и девять от несчастных случаев. Ни у одного из доноров перед смертью не было диагностировано неврологическое расстройство. Обе группы были схожи по возрасту, полу, расе/этнической принадлежности и времени, прошедшему после смерти.

Сосредоточив внимание на мозжечке, области мозга, особенно уязвимой к послеродовым нарушениям, исследование показало, что два конкретных, редких типа нейронов мозжечка наиболее уязвимы к воспалению мозга: Нейроны Гольджи и Пуркинье. На уровне отдельных клеток у этих двух типов нейронов наблюдалось преждевременное прерывание их созревания.

Как и в случае со многими заболеваниями, риск развития этих заболеваний, вероятно, увеличивается как наследственностью, так и окружающей средой, в данном случае воспалением. Вот почему крайне важно понимать роль конкретных клеток в областях мозга, а также то, как они взаимодействуют с генами, влияя на функции мозга. найти методы лечения заболеваний головного мозга, таких как РАС и шизофрения, а также других заболеваний, таких как деменция.Болезнь Паркинсона или расстройства, связанные с употреблением психоактивных веществ.

Таким образом, ученые убеждены, что эта монументальная исследовательская работа затронет фундаментальные научные вопросы о человеческом мозге и его генетической организации.