Новая эра в науке о мозге: представлен атлас клеток человеческого мозга

Исследователи из Института Солка в рамках глобальной коллаборации проанализировали более полумиллиона клеток из трёх человеческих мозгов, чтобы создать беспрецедентно детальный атлас сотен типов клеток, из которых состоит человеческий мозг.

Исследование, опубликованное в специальном выпуске журнала Science 13 октября 2023 года, впервые применило к человеческому мозгу методы идентификации подтипов клеток, изначально разработанные и опробованные на мышах.

Новая работа является частью инициативы NIH BRAIN Initiative, запущенной в 2014 году для описания всего множества клеток в мозге млекопитающих. Институт Солка — одна из трёх организаций, получивших гранты на генерацию данных для сети BICCN в рамках этой инициативы.

Каждая клетка человеческого мозга содержит одну и ту же последовательность ДНК, но в разных типах клеток разные гены копируются в РНК для использования в качестве чертежей белков. Именно это определяет огромное разнообразие типов клеток мозга. Понимание того, какие последовательности ДНК критичны для работы каких клеток, важно для изучения как нормальной работы мозга, так и причин нейрологических расстройств.

В новом исследовании учёные использовали инструменты для определения паттернов метилирования ДНК в более чем 500 000 клеток мозга из 46 регионов трёх здоровых взрослых мужчин-доноров органов. Метилирование ДНК — один из уровней определения клеточной идентичности.

Одновременно исследователи применили второй метод, анализирующий трёхмерную структуру молекул ДНК в каждой клетке, чтобы получить информацию о том, какие последовательности ДНК активно используются.

Другие исследовательские группы, чьи работы также опубликованы в специальном выпуске Science, использовали клетки из тех же трёх человеческих мозгов для тестирования своих методов профилирования. Например, группа под руководством Бин Рена выявила связь между определёнными типами клеток мозга и нейропсихиатрическими расстройствами, включая шизофрению, биполярное расстройство, болезнь Альцгеймера и большое депрессивное расстройство, а также разработала модели глубокого обучения для прогнозирования риска этих заболеваний.

Другие группы в коллаборации сосредоточились на измерении уровней РНК для классификации клеток по подтипам. Было обнаружено высокое соответствие между данными об активации генов на основе исследований ДНК команды Института Солка и данными о транскрипции генов в РНК.

Поскольку новое исследование было пилотным для проверки методик на человеческом мозге, учёные пока не могут сделать выводы о том, сколько типов клеток можно обнаружить или как эти типы отличаются у мышей и людей.

В 2022 году NIH BRAIN Initiative запустила новую сеть BICAN, которая продолжит работу BICCN. В Институте Солка новый Центр мультиомного атласа клеток человеческого мозга будет изучать клетки из более чем десятка мозгов, чтобы понять, как мозг меняется в процессе развития, на протяжении жизни и при заболеваниях.

Эта более детальная работа с большим количеством образцов, по словам исследователей, проложит путь к пониманию того, как определённые типы клеток мозга вовлекаются в расстройства и болезни.