Sinirbilim

Tüm Beynin Hücresel Haritası Bizi İnsan Yapan Şeyleri Ortaya Çıkarıyor

Özet: 21 makaleden oluşan çığır açıcı bir paket, BRAIN Initiative liderliğindeki bir konsorsiyum aracılığıyla insan ve primat beyinlerinin karmaşık hücresel bileşimine ışık tutarak beyni anlamamızda çok önemli bir sıçramayı ortaya çıkardı.

Yenilikçi tek hücreli transkriptomiyi kullanan araştırmacılar, 3.000’den fazla farklı beyin hücresinden oluşan çarpıcı bir diziyi ve bunların ayırt edici işlevlerini aydınlattı. Bu kapsamlı araştırma, yalnızca insan beyninin ayırt edici özelliklerini derinlemesine incelemekle kalmıyor, aynı zamanda beynin benzersiz, ayrıntılı bir organizasyon görünümünü sunan bir dizi ölçeklenebilir tekniklere de öncülük ediyor.

Sinirbilimdeki bu önemli an, hücresel sayım çabalarında bir sonraki aşama için umut verici bir aşama oluşturuyor ve beynin karmaşıklığı ve işlevselliğinin daha derinlemesine anlaşılmasına doğru ilerliyor.

Ana unsurlar:

  1. Geniş Hücresel Çeşitlilik: Bilim adamları, tek hücreli transkriptomik adı verilen bir teknikle 3.000’den fazla farklı türde beyin hücresinin şaşırtıcı bir dizisini keşfettiler.
  2. Küresel İşbirliği: Bu devasa araştırma çabası, dünya çapında yüzlerce bilim insanını içeriyordu ve insanlar da dahil olmak üzere primat beyinlerinin karmaşık hücresel yapısını keşfetmeyi ve kataloglamayı amaçlayan Ulusal Sağlık Enstitüleri’nin BRAIN Girişimi tarafından finanse ediliyor.
  3. Karşılaştırma çalışması: Araştırma aynı zamanda insan beyni ile en yakın maymun akrabalarımızın beyinleri arasında karşılaştırmalı bir çalışma da gerçekleştirdi; hem paylaşılan hücresel mimarileri hem de nöron bağlantıları ve devre oluşumlarındaki gen kullanımındaki önemli farklılıkları ortaya çıkardı.

Kaynak: Allen Enstitüsü

Bilim insanları, kendi beyinlerimizi ve en yakın primat akrabalarımızın beyinlerini anlamak için büyük bir çaba sarf ettiklerini açıkladılar.

Bugün dergilerde yayınlanan 21 makaleden oluşan bir pakette Bilim (12), Bilim Gelişmeleri (8)Ve Bilim Translasyonel Tıp (1), büyük bir araştırmacı konsorsiyumu beynimizi oluşturan hücreler ve diğer primatların beyinleri hakkında yeni bilgiler paylaşıyor. Bu, sinir sistemlerimizin beynin birçok bölgesindeki hücresel yapısı ve insan beyninin ayırt edici özellikleri hakkında yeni bilgiler ortaya koyan çalışmalar ve veriler içeren, daha önce yayınlanmış çalışmalara göre büyük bir sıçramadır.

Araştırma konsorsiyumu, insan beynini ve onun modüler, işlevsel doğasını anlamaya yönelik ortak bir çabadır. Ulusal Sağlık Enstitüleri tarafından bir araya getirilmiş ve finanse edilmiştir. Yenilikçi Nöroteknolojilerin Geliştirilmesi Yoluyla Beyin Araştırmaları® (BEYİN) Girişimi.

Dünyanın dört bir yanından yüzlerce bilim insanı, insan beyninin ve diğer primatların hücresel yapısını araştıran bir dizi çalışmayı tamamlamak ve beynin ayrıntılı organizasyonunu incelemek için dönüştürücü yeni ölçeklenebilir teknikler paketinin nasıl kullanılabileceğini göstermek için birlikte çalıştı. benzeri görülmemiş bir çözünürlükte insan beyni.

Beynimizi hücresel düzeyde anlamak, beynimizin nasıl çalıştığını ve bir tür olarak kim olduğumuzu anlamanın yanı sıra, beyin hastalıklarının ve bozukluklarının hücresel kökenlerini daha doğru bir şekilde saptamanın anahtarıdır; bu, sonuçta bu hastalıklar için daha iyi tedavilere yol açabilecek bilgidir.

Allen Enstitüsü’nün bir bölümü olan Allen Beyin Bilimi Enstitüsü’ndeki bilim adamları, bu çalışmalardan beşine öncülük etti ve yetişkin insan beynindeki hücre türlerinin sayısı hakkındaki mevcut bilgileri büyük ölçüde genişleten bir çalışma da dahil olmak üzere diğer üçüne önemli katkılarda bulundu. .

Karolinska Enstitüsü ve Allen Enstitüsü’ndeki bilim adamları, tek hücreli transkriptomik olarak bilinen bir teknikle, bireysel beyin hücrelerinde etkinleşen genleri incelediler ve hücre tiplerinin şaşırtıcı çeşitliliğini ortaya çıkardılar: 3.000’den fazla farklı türde beyin hücresine sahibiz.

Allen Kıdemli Araştırmacısı Ed Lein, “Bunu, yeni teknolojilerin artık insan beyninin ve diğer primat beyinlerinin çok ayrıntılı hücresel organizasyonunu anlamamıza olanak sağladığı nörobilimde çok önemli bir an olarak görüyorum” dedi. Yeni yayınlanan çalışmaların birçoğuna öncülük eden Beyin Bilimi Enstitüsü.

“Özünde bu çalışma, moleküler biyolojinin bir zaferidir: Hücre tiplerini tanımlamak için farklı gen kullanımı kullanılabilir ve hücrelerin yüksek çözünürlüklü, açıklamalı haritalarının ilk taslaklarını oluşturmak için genomik araçlar kullanılabilir. Bunlar insan beyninin tamamını oluşturur.”

Çalışmalar ayrıca aşağıdaki gibi bir dizi önemli soruyu da ele alıyor: Bireysel insanların beyinleri hücresel düzeyde ne kadar farklı? Beynimiz en yakın maymun akrabalarımızın beyinlerinden ne kadar farklı? Kaç çeşit beyin hücremiz var? Bu hücrelerin özellikleri nelerdir? Bu hücreler nasıl ortaya çıkıyor ve gelişim aşamasında olgunlaşıyor?

Beynin en dış kabuğu olan insan korteksinin tek bölgelerinde beyin hücre tiplerini yüksek çözünürlükte haritalayan önceki çalışmalara dayanarak, yeni yayınlanan paket, bu çalışmaları beynin tamamında düzinelerce yüze kadar genişletiyor.

Tek bölge çalışmalarında 100’den fazla farklı beyin hücresi tipi bulunurken, yeni açıklanan veriler tüm beyinde binlerce farklı türde beyin hücresi bulunduğunu gösteriyor. Beynin birçok kısmı için bu karmaşıklık ve çeşitlilik daha önce hiç tanımlanmamıştı.

Bu çalışmalar, NIH’nin BRAIN Girişimi Hücre Sayımı Ağı’nın (BICCN) bir parçası olup, beyin hücresi türlerinin bir kataloğunu oluşturmak için 2017’de başlatılan beş yıllık bir finansman programıdır. Bu çalışmalar, insan beyninin büyüklüğü ve karmaşıklığıyla ilgili zorlukların üstesinden gelmek için son teknoloji hücresel ve moleküler yaklaşımların ölçeklenebilirliğini ortaya koydu ve bu hücre sayımı çabasının bir sonraki aşamasına zemin hazırladı.

Bir kısmı Allen Enstitüsü’nde devam eden bu sonraki aşama, BRAIN Initiative’in Hücre Atlası Ağı veya BICAN aracılığıyla insan ve diğer primat beyinlerinin çok daha kapsamlı atlaslarını oluşturacak.

NIH BRAIN Girişimi Direktörü Dr. John Ngai, “Mevcut çalışmalar, insan beyninin karmaşıklığını hücresel düzeyde aydınlatmaya yönelik önemli bir köprü kurmaya devam eden dönüm noktası niteliğindeki bir başarıyı temsil ediyor” dedi.

“BICCN aracılığıyla oluşturulan ve BICAN’da bir sonraki aşamada devam eden bilimsel işbirlikleri, alanı katlanarak ileriye taşıyor; ilerleme – ve olasılıklar – tek kelimeyle nefes kesiciydi.”

İnsan çalışmaları, beyinlerini bilime bağışlayan insanlardan alınan ölüm sonrası dokuların yanı sıra, beyin ameliyatı geçirmiş ve araştırmaya doku bağışlayan hastalardan bağışlanan sağlıklı canlı dokuları da kullandı.

Yeni yayınlanan çalışmalardan elde edilen veriler aynı zamanda insan vücudunun tüm organları, dokuları ve sistemlerindeki hücrelerin kapsamlı bir referans atlasını oluşturan uluslararası bir çaba olan İnsan Hücre Atlası’nı da besleyecek.

Allen Enstitüsü liderliğindeki beş çalışma şunları içeriyor:

  • Bireysel insanlar arasındaki beyin hücresi tiplerindeki değişkenliğin araştırılması. Bu çalışmada bilim insanları, 75 farklı yetişkin donörde beyin hücrelerini, korteksin bir bölgesinde, orta temporal girusta etkinleştirdikleri genlerin düzeylerine göre incelediler. Bu, tek hücre tekniklerini kullanarak çok sayıda insanı karşılaştıran ilk insan beyni çalışmalarından biriydi. Araştırmacılar, hepimiz aynı temel hücresel parça listesine sahip olsak da, belirli hücre türlerinin oranlarının ve bu hücrelerde etkinleşen genlerin kişiden kişiye önemli ölçüde değiştiğini buldu.
  • İnsanlarla en yakın maymun akrabalarımız şempanzeler ve goriller arasındaki beyin hücresi türlerinin karşılaştırılması. Bu çalışmalar, yakın evrimsel kuzenlerimizle aynı temel beyin hücresi tipi mimarisini paylaştığımızı, ancak bu korunmuş hücre tipleri tarafından kullanılan genlerde değişiklikler olduğunu ortaya koymaktadır. Spesifik olarak, nöronlar arasındaki bağlantılarda ve beyindeki devrelerin oluşumunda rol oynayan genlerin çoğu, insanlar ve diğer primatlar arasında farklıdır. Lein, “Bu, aynı tür hücrelerin devrelerini birbirine bağlayarak veya sistemdeki kazancı biraz farklı şekillerde değiştirerek, evrim yoluyla bilişsel yeteneği nasıl artırabileceğinize dair makul bir açıklama yaratıyor” dedi.
  • Üst düzey bilişsel işlevlerimizin çoğunun merkezi olan insan korteksinin farklı bölgelerinde oluşan hücreleri karşılaştıran derin bir inceleme. Bu çalışma, korteksin farklı bölgelerindeki hücre türlerinin çeşitliliğini inceledi ve gördüklerimizi işlediğimiz görsel korteksimizin diğer bölgelerden çok daha uzmanlaşmış ve farklı, ayrıca farenin görsel korteksinden daha uzmanlaşmış olduğunu buldu. Bu bulgu muhtemelen insanların ve diğer primatların diğer birçok memeliden daha fazla görme duyumuza güvendiği gerçeğiyle bağlantılıdır.
  • İki çalışma, insan neokorteksindeki inhibitör nöronların özelliklerini, etkinleştirdikleri genlere ek olarak elektriksel özelliklerini ve karmaşık 3 boyutlu şekillerini keşfederek analiz ediyor; bu, inatçı epilepsi veya beyin tümörlerini tedavi etmek için nöroşirürji prosedürlerinden elde edilen canlı dokuların kullanılmasını gerektiren bir yaklaşımdır. . Bu çalışmalar, tanımlayıcı olarak adlandırılan kuşburnu hücreleri ve çift buket hücreleri de dahil olmak üzere, insanlarda ve diğer bazı memelilerde bulunan ancak farelerde bulunmayan çeşitli türleri içeren insan nöronlarının özellikleri hakkında temel bilgiler sağlar.

Finansman: Burada bildirilen araştırma, Ulusal Sağlık Enstitüleri Gelişmiş Yenilikçi Nöroteknolojiler® (BRAIN) Girişimi Yoluyla Beyin Araştırmaları tarafından desteklenmiştir. İçerik yalnızca yazarların sorumluluğundadır ve Ulusal Sağlık Enstitüleri’nin resmi görüşlerini temsil etmemektedir.

Bu beyin haritalama araştırma haberi hakkında

Soyut

İnsan beynindeki tek hücreli kromatin erişilebilirliğinin karşılaştırmalı bir atlası

Nöropsikiyatrik bozukluklar ve akıl hastalıkları, Amerika Birleşik Devletleri’ndeki hastalık yükünün önde gelen nedenidir. İnsan genomundaki onbinlerce dizi varyantı bu rahatsızlıkların etiyolojisiyle ilişkilendirilmiştir. Bununla birlikte, tanımlanan risk değişkenlerinin rolünün açıklığa kavuşturulması hala bir zorluk olmaya devam ediyor çünkü bunların çoğu protein kodlayan bölgelerin dışında ve şu anda işlevsel açıklamalara sahip değil.

Bu hastalık riski varyantları muhtemelen transkripsiyonel düzenleyici unsurları bozarak etkilerini gösterir ve böylece nöropsikiyatrik bozukluklarla ilgili hücre tiplerinde gen ekspresyonunu modüle eder.

Tek hücre teknolojilerindeki son gelişmeler, insan beyninde yüksek derecede hücresel heterojenliği ortaya çıkardı.

Bununla birlikte, her bir beyin hücresi tipinin kimliğini ve fonksiyonunu yöneten transkripsiyonel düzenleyici dizilerin tanımlanması gerekmektedir ve bu da kodlamayan hastalık riski varyantlarını yorumlama yeteneğimizi engellemektedir.

Kaynak ve İleri Okuma: https://neurosciencenews.com/cellular-human-brain-map-24940/

İlgili Makaleler

Başa dön tuşu