Tyrėjai nustato pagrindinius genus ir smegenų ląstelių tipus, susijusius su šizofrenija, bipoliniu sutrikimu, Alzheimerio liga Liga ir sunki depresija.

Kalifornijos San Diego universiteto (UCSD) vadovaujamos didelės daugiainstitucinės pastangos mokslininkai išanalizavo daugiau nei milijoną žmogaus smegenų ląstelių, kad sukurtų išsamius smegenų ląstelių tipų genų keitimo žemėlapius, atskleidžiančius ryšius tarp konkrečių ląstelių tipų. Ir įvairūs įprasti neuropsichiatriniai sutrikimai. Komanda taip pat sukūrė dirbtinio intelekto priemones, skirtas numatyti atskirų didelės rizikos genetinių variantų poveikį tarp šių ląstelių ir kaip jie gali prisidėti prie ligų.

BRAIN iniciatyva ir jos tikslas

Šis novatoriškas tyrimas, kuris buvo pristatytas specialiame žurnalo numeryje Mokslai 2023 m. spalio 13 d., yra Nacionalinių sveikatos institutų smegenų tyrimų dalis pagal Pažangių naujoviškų neurotechnologijų iniciatyvą arba BRAIN iniciatyvą, kuri buvo pradėta 2014 m. Šia iniciatyva siekiama iš dalies pakeisti žinduolių smegenų supratimą, kuriant naujas technologijos. Neurotechnikos neuronų ląstelių tipams apibūdinti.

Suprasti ląstelių skirtumus

Kiekvienoje žmogaus smegenų ląstelėje yra ta pati seka DNRTačiau skirtingi ląstelių tipai naudoja skirtingus genus skirtingais kiekiais. Šis variantas gamina daugybę skirtingų smegenų ląstelių tipų ir prisideda prie nervų grandinių sudėtingumo. Norint suprasti, kaip veikia smegenys, ir kuriant naujus neurologinių ir psichikos ligų gydymo būdus, labai svarbu išmokti, kaip šie ląstelių tipai skiriasi molekuliniu lygiu.

Žmogaus smegenų sudėtingumas

„Žmogaus smegenys nėra vienalytės“, – sakė UC San Diego medicinos mokyklos profesorius Ping Ren, mokslų daktaras. „Jos sudarytos iš labai sudėtingo neuronų ir ne neuroninių ląstelių tinklo, kurių kiekviena atlieka skirtingas funkcijas. Skirtingų smegenų ląstelių tipų nustatymas ir supratimas, kaip jie veikia kartu, galiausiai padės atrasti naujus gydymo būdus, kurie gali būti nukreipti atskiri ląstelių tipai, susiję su konkrečiomis ligomis.

Pagrindinės tyrimo išvados

Naujajame tyrime mokslininkų komanda ištyrė daugiau nei 1,1 milijono smegenų ląstelių 42 skirtinguose smegenų regionuose iš trijų žmogaus smegenų. Jie nustatė 107 skirtingus smegenų ląstelių potipius ir sugebėjo susieti jų molekulinės biologijos aspektus su daugybe neuropsichiatrinių ligų, įskaitant šizofreniją, bipolinį sutrikimą, Alzheimerio ligą ir didžiąją depresiją. Tada mokslininkai naudoja šiuos duomenis kurdami mašininio mokymosi modelius, kad prognozuotų, kaip specifiniai DNR sekos pokyčiai veikia genų reguliavimą ir prisideda prie ligų.

Tęsiami tyrimai ir ateities pastangos

Nors šie nauji atradimai suteikia svarbių įžvalgų apie žmogaus smegenis ir jų ligas, mokslininkams dar toli iki smegenų žemėlapių sudarymo. 2022 m. UC San Diego prisijungė prie Salko instituto ir kitų, kad įkurtų Daugiakampių žmogaus smegenų ląstelių atlaso centrą, kurio tikslas yra ištirti daugiau nei tuzino žmogaus smegenų ląsteles ir užduoti klausimus apie tai, kaip smegenys keičiasi vystymosi metu. žmonių gyvybių ir sergant ligomis.

„Išplėtus savo darbą iki išsamesnio lygio, susijusio su didesniu smegenų skaičiumi, mes priartėsime prie neuropsichiatrinių sutrikimų biologijos ir jų reabilitacijos supratimo“, – sakė Renas.

Nuoroda: „Palyginamasis vienos ląstelės chromatino prieinamumo žmogaus smegenyse atlasas“, autorius Yang-Eric Li, Sebastian Pressel, Michael Miller, Nicholas D. Johnsonas, Zihan Wang, Henry Jiao, Chenxu Zhou, Zhauning Wang, Yang Xie, Olivier Poirion, Colin Kern, Antonio Pinto-Duarte, Wei Tian, ​​​​Kimberly Seletti, Nora Emerson, Julia Austin, Jacinta Lucero, Lin Lin, Qian Yang , Quan Chu, Nathan Zemke, Sarah Espinoza, Anna Marie Yanni, Julie Niehus, Nick D., Tamara Kasper, Nadia Shapovalova, Danielle Hirschstein, Rebecca D. Hodge, Sten Lennarsson, Trygve Bakken, Boaz Levy, C. Dirkas Keenas, Jingbo Zhangas, Edas Linas, Allenas Wangas, M. Margarita Behrens, Josephas R. Eker, Ping Ren, 13 metų, 2023 m. spalio mėn. Mokslai.
doi: 10.1126/science.adf7044

Tyrimo bendraautoriai: Yang Eric Li, Sebastian Pressel, Michael Miller, Zihan Wang, Henry Jiao, Chenxu Zhu, Zhaoning Wang, Yang Espinoza, Jingbo Zhang ir Allen Wang iš Kalifornijos universiteto San Diege ir Nicholas D. Johnsonas Antonio Pinto Duarte, Wei Tian Nora Emerson, Julia Austin, Jacinta Lucero, M. Margareta Burns ir Josephas R. Eckeris iš Salko biologinių studijų instituto. Kimberly Sillett ir Steenas Lennarssonas iš Karolinxa instituto Annamarie Janni, Julie Nyhus, Nick Dee, Tamara Kasper, Nadja Shapovalova, Daniel Hirschstein ir Rebecca D. Hodge Trygve Bakken, Boaz Levy ir Ed Lin iš Alleno smegenų mokslo instituto ir C. Dirkas Kane’as Vašingtono universitetas Sietlas.

Tyrimas anksčiau buvo remiamas Nacionaliniai sveikatos institutai (Stipendijos UM1MH130994, U01MH114812, U54HG012510 ir S10 OD026929), Nacionalinis mokslo fondas (Grant OIA-2040727); ir Nancy ir Busterio Alfordo fondas, Gyvybės mokslų tyrimų fondas, taip pat „Google“, „Adobe“ ir „Teradata“ dovanos.