Decifrando distúrbios neuropsiquiátricos usando um atlas de células cerebrais humanas

Os pesquisadores mapeiam genes-chave e tipos de células cerebrais ligados à esquizofrenia, transtorno bipolar, doença de Alzheimer Doença e depressão grave.

Num grande esforço multi-institucional liderado pela Universidade da Califórnia em San Diego (UCSD), os investigadores analisaram mais de um milhão de células cerebrais humanas para produzir mapas detalhados da mudança genética em tipos de células cerebrais, revelando as ligações entre tipos específicos de células. E vários distúrbios neuropsiquiátricos comuns. A equipe também desenvolveu ferramentas de inteligência artificial para prever o impacto de variantes genéticas individuais de alto risco entre essas células e como elas podem contribuir para doenças.

A iniciativa BRAIN e seu objetivo

Esta pesquisa pioneira, apresentada em edição especial da revista Ciências em 13 de outubro de 2023, faz parte da pesquisa cerebral do National Institutes of Health por meio da Advanced Innovative Neurotechnologies Initiative, ou BRAIN Initiative, que foi lançada em 2014. A iniciativa visa revolucionar a compreensão do cérebro dos mamíferos, em parte, desenvolvendo novos tecnologias. Neurotécnicas para caracterização de tipos de células neuronais.

Compreendendo as diferenças celulares

Cada célula do cérebro humano contém a mesma sequência ADNMas diferentes tipos de células utilizam genes diferentes em quantidades diferentes. Esta variação produz muitos tipos diferentes de células cerebrais e contribui para a complexidade dos circuitos neurais. Aprender como esses tipos de células diferem em nível molecular é crucial para compreender como o cérebro funciona e desenvolver novas formas de tratar doenças neurológicas e psiquiátricas.

Complexidade do cérebro humano

“O cérebro humano não é homogêneo”, disse o pesquisador principal Ping Ren, Ph.D., professor da Escola de Medicina da UC San Diego. “Eles são compostos por uma rede muito complexa de neurônios e células não neuronais, cada uma das quais desempenha funções diferentes. Identificar os diferentes tipos de células no cérebro e compreender como elas funcionam juntas nos ajudará, em última análise, a descobrir novos tratamentos que possam atingir tipos de células individuais relevantes para doenças específicas.”

Principais conclusões do estudo

No novo estudo, a equipe de pesquisadores analisou mais de 1,1 milhão de células cerebrais em 42 regiões cerebrais diferentes de três cérebros humanos. Eles identificaram 107 subtipos diferentes de células cerebrais e foram capazes de vincular aspectos de sua biologia molecular a uma ampla gama de doenças neuropsiquiátricas, incluindo esquizofrenia, transtorno bipolar, doença de Alzheimer e depressão grave. Os pesquisadores então usam esses dados para criar modelos de aprendizado de máquina para prever como variações específicas de sequências no DNA afetam a regulação genética e contribuem para doenças.

Pesquisa contínua e empreendimentos futuros

Embora estas novas descobertas forneçam informações importantes sobre o cérebro humano e as suas doenças, os cientistas ainda estão muito longe de mapear o cérebro. Em 2022, a UC San Diego juntou-se ao Salk Institute e outros no lançamento do Center for the Polygonal Human Brain Cell Atlas, que visa estudar células de mais de uma dúzia de cérebros humanos e fazer perguntas sobre como o cérebro muda durante o desenvolvimento, ao longo do curso. da vida das pessoas, e Com doenças.

“Expandir o nosso trabalho para um maior nível de detalhe num maior número de cérebros nos aproximará um passo da compreensão da biologia dos distúrbios neuropsiquiátricos e de como eles podem ser reabilitados”, disse Ren.

Referência: “Um Atlas Comparativo da Acessibilidade da Cromatina Unicelular no Cérebro Humano” por Yang-Eric Li, Sebastian Pressel, Michael Miller, Nicholas D. Johnson, 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. Dirk Keen, Jingbo Zhang, Ed Lin, Allen Wang, M. Margarita Behrens, Joseph R. Eker, Ping Ren, 13 anos, outubro de 2023, Ciências.
doi: 10.1126/science.adf7044

Os coautores do estudo são: Yang Eric Li, Sebastian Pressel, Michael Miller, Zihan Wang, Henry Jiao, Chenxu Zhu, Zhaoning Wang, Yang Espinoza, Jingbo Zhang e Allen Wang da Universidade da Califórnia, San Diego, e Nicholas D. Johnson Antonio Pinto Duarte, Wei Tian Nora Emerson, Julia Austin, Jacinta Lucero, M. Margareta Burns e Joseph R. Ecker, do Instituto Salk de Estudos Biológicos. Kimberly Sillett e Steen Lennarsson do Instituto Karolinxa Annamarie Janni, Julie Nyhus, Nick Dee, Tamara Kasper, Nadja Shapovalova, Daniel Hirschstein e Rebecca D. Hodge Trygve Bakken, Boaz Levy e Ed Lin do Allen Institute for Brain Science e C. Dirk Kane em universidade de Washington Seattle.

O estudo foi anteriormente apoiado Instituto Nacional de Saúde (Concessões UM1MH130994, U01MH114812, U54HG012510 e S10 OD026929), National Science Foundation (Concessão OIA-2040727); e Nancy and Buster Alford Endowment, Life Sciences Research Foundation, bem como doações do Google, Adobe e Teradata.