Выделив и проанализировав ядра отдельных клеток человеческого мозга, исследователи определили 16 подтипов нейронов в коре головного мозга — внешнем слое нервной ткани мозга, отвечающем за когнитивные функции, включая память, внимание и принятие решений. Команда, возглавляемая исследователями из Калифорнийского университета в Сан-Диего, Исследовательского института Скриппса (TSRI) и Illumina, опубликовала свои выводы в онлайн-выпуске журнала Science от 24 июня.«Мы предоставляем единую структуру для изучения и сравнения отдельных нейронов, которая может помочь нам выяснить, сколько уникальных типов нейронов существует», — сказал Кун Чжан, профессор биоинженерии Калифорнийского университета в Сан-Диего и автор-корреспондент изучение.
Исследователи могут использовать эти разные подтипы нейронов для построения того, что Чжан называет «эталонной картой» человеческого мозга — основой для понимания различий между здоровым и больным мозгом.«В будущем пациентов с расстройствами мозга или аномалиями можно будет диагностировать и лечить в зависимости от того, чем они отличаются от эталонной карты.
Это аналогично тому, что делается с эталонной картой генома человека», — сказал Чжан.Новое исследование отражает растущее понимание того, что отдельные клетки мозга уникальны: они экспрессируют разные типы генов и выполняют разные функции.
Чтобы лучше понять это разнообразие, исследователи проанализировали более 3200 отдельных нейронов человека в шести областях Бродмана, которые представляют собой области коры головного мозга, классифицированные по их функциям и расположению нейронов.Благодаря междисциплинарным совместным усилиям команда разработала новый метод выделения и секвенирования отдельных ядер клеток. Исследователи TSRI под руководством профессора нейробиологии Джерольда Чуна получили образцы из вскрытого мозга и сосредоточились на выделении ядер нейронов.
Лаборатория Чжана работала с Fluidigm, производителем микрожидкостных чипов для исследований отдельных клеток, над разработкой протокола для идентификации и количественного определения молекул РНК в отдельных ядрах нейронов. Ученые из Сан-Диего Illumina секвенировали полученные библиотеки РНК.
Исследователи под руководством профессора биохимии Вэй Ванга из Калифорнийского университета в Сан-Диего разработали алгоритмы для кластеризации и идентификации 16 подтипов нейронов из секвенированных наборов данных.Исследователи расшифровали, какие типы генов были «включены» в каждом ядре, и выявили, что различные комбинации из 16 подтипов имеют тенденцию группироваться в корковых слоях и областях Бродмана, помогая объяснить, почему эти области выглядят и функционируют по-разному.
Нейроны демонстрировали много различий в своих транскриптомных профилях — паттернах генов, которые активно экспрессируются этими клетками — выявляя отдельные нейроны с общими, а также уникальными характеристиками, которые, вероятно, приводят к различию в клеточной функции.«Мы находим новые способы понять основные строительные блоки мозга», — сказал Блю Лейк, научный сотрудник лаборатории Чжана и соавтор исследования. «Наше исследование открывает возможность взглянуть на глобальные паттерны экспрессии генов и на то, как они определяют типы клеток в нормальной ткани, что также может быть использовано для определения того, что является ненормальным с точки зрения болезни или расстройства».
В будущих исследованиях исследователи намерены проанализировать нейроны в других областях мозга по Бродману и изучить, какие подтипы существуют в других областях мозга. Они также планируют изучить нейроны из нескольких посмертных человеческих мозгов (в этом исследовании участвовал только один), чтобы изучить нейронное разнообразие среди людей.