Shkencëtarët gjenerojnë atlasin e parë njëqelizor të trurit

Një mister i kahershëm në shkencë është se si mbi 100 milionë neuronet individuale punojnë së bashku për të formuar një rrjet që formon bazën e asaj që jemi – çdo mendim, emocion dhe sjellje njerëzore.

Harta e këtyre plejadave të qelizave dhe zbulimi i funksionit të tyre kanë qenë synime të kahershme të shumë hartografëve molekularë të shekullit të 21-të që punojnë në mbarë botën si pjesë e projektit “Rrjeti i regjistrimit të qelizave të iniciativës së trurit” të Institutit Kombëtar të Shëndetësisë. Qëllimi kryesor i atlasit është të ndihmojë në zhvillimin e kërkimit të neuroshkencës. Shpresa e projektit është se ai do t’i lejojë shkencëtarët të fitojnë një kuptim më të mirë të sëmundjeve të trurit dhe të vështira për të zgjidhur misteret mjekësore pas çrregullimeve të tilla si autizmi dhe depresioni.

Tani, një seri studimesh të reja kanë zbuluar profilet e përhapura të funksionimit të brendshëm molekular të trurit në një nivel dhe shkallë të paprecedentë. Punimi është publikuar nga Science Advances .

Si pjesë e përpjekjes për të kuptuar më mirë evolucionin e trurit te njerëzit dhe kafshët, një ekip hulumtues i udhëhequr nga shkencëtarët në Universitetin Shtetëror të Arizonës, Universitetin e Pensilvanisë, Universitetin e Uashingtonit dhe Institutin Brotman Baty gjeneruan trurin më të madh në botë të primatëve. atlas i gjerë.

“Përcaktimi në hartë se cilat qeliza janë dhe çfarë bëjnë ato në trurin e primatëve të rritur është thelbësore si për të kuptuar evolucionin e njohjes dhe sjelljes njerëzore, ashtu edhe për identifikimin e asaj që ndodh kur gjërat shkojnë keq dhe çojnë në çrregullime neurologjike,” tha bashkëautori i vjetër. Noah Snyder-Mackler, një profesor i asociuar në Shkollën e Shkencave të Jetës në Universitetin Shtetëror të Arizonës dhe Qendrën për Evolucionin dhe Mjekësinë.

Qëllimi i tyre ishte të identifikonin dhe ekzaminonin shumë nga qelizat e trurit (neuronet dhe jo-neuronet) dhe të kryenin një analizë të plotë molekulare duke përdorur teknologjitë më të fundit me një qelizë.

Për ta bërë këtë, ata përdorën mostra nga 30 rajone të ndryshme të trurit për të nxjerrë dhe ndërtuar, qelizë pas qelize, një atlas të ri. Gjithsej, harta përfundimtare ishte e përbërë nga një atlas qelizor prej 4.2 milionësh i trurit të primatëve të rritur.

“Të dhënat tona, të cilat i kemi bërë të hapura dhe të disponueshme për komunitetin shkencor dhe publikun më të gjerë, përfaqësojnë atlasin molekular multimodal më të madh dhe më gjithëpërfshirës në një primat deri më sot, dhe janë thelbësore për të eksploruar sesi shumë qeliza të trurit bashkohen për të dhënë. rritet në kompleksitetin e sjelljes së primatëve duke përfshirë njerëzit, “tha bashkëautori i vjetër Jay Shendure, një profesor i Shkencave të Gjenomit në Universitetin e Uashingtonit dhe drejtor i Institutit Brotman Baty.

“Këto të dhëna do të ofrojnë gjithashtu një hartë kritike dhe shumë të nevojshme të sjelljeve dhe sëmundjeve komplekse sociale të rëndësishme për njerëzit, si dhe një substrat për identifikimin e ngjashmërive dhe dallimeve në këto qeliza dhe rrjete midis specieve,” tha bashkëautori i vjetër Michael Platt. profesor në Departamentin e Neuroshkencës, Psikologjisë dhe Marketingut në Universitetin e Pensilvanisë

Për çdo bërthamë qelizore , shkencëtarët profilizuan shprehjen e gjeneve (2.58 milionë transkriptome) dhe një grup rajonesh rregulluese të gjenit plotësues të ADN-së (1.59 milionë epigjenome). Të marra së bashku, ky lloj analize “multi-omike” i lejoi autorët të studionin planet molekulare që përbëjnë lloje të dallueshme të qelizave të trurit, duke ofruar kështu një mundësi për të studiuar, madje edhe për të manipuluar, qelizat kryesore në më shumë detaje.

Nga profilet e shprehjes së gjeneve , ishin në gjendje të identifikoheshin qindra lloje të qelizave të trurit të dallueshëm molekularisht. Ata zbuluan gjithashtu se përbërja e qelizave ndryshonte shumë në të gjithë trurin, duke zbuluar nënshkrime qelizore të funksioneve specifike të rajonit, nga neurotransmetuesit e përfshirë në komunikimin e qelizave të trurit për të mbështetur qelizat që ndihmojnë në ushqimin dhe mbrojtjen e trurit nga sëmundje si Alzheimer.

Ata përdorën të dhënat e tyre për të hetuar gjithsej 53 fenotipe që lidhen me rrezikun e sëmundjeve neurologjike, çrregullimeve, sindromave, sjelljeve ose tipare të tjera. Rezultatet e tyre kapën rolet e njohura të klasave të qelizave të implikuara në sëmundjet neurologjike, duke përfshirë qelizat e lidhura me goditjen kardioembolike ose goditjen ishemike, shkaku kryesor i vdekjes neurologjike te njerëzit.

Ata zbuluan gjithashtu se gjenet e lidhura me sëmundjen e Alzheimerit priren të bien brenda rajoneve rregullatore të ADN-së që janë të aksesueshme vetëm në mikroglia – qeliza kryesore imune e trurit që mbron neuronet – në përputhje me rolin kryesor të përhapjes dhe aktivizimit të mikroglisë në sëmundjen e Alzheimerit që gjendet nga gjenomi i gjerë . studimet e shoqatës (GWAS).

Shumë nga rajonet rregullatore që ata identifikuan ishin të reja, gjë që lejoi ekipin të eksploronte arkitekturën gjenetike të rrezikut të sëmundjeve neurologjike në nivel qelizor.

“Ne identifikuam lidhje të shumta midis rrezikut gjenetik për çrregullime neurologjike dhe gjendjeve epigjenomike të llojeve specifike të qelizave – disa prej të cilave nuk ishin ende të lidhura,” tha bashkëautori Kenneth Chiou, postdoktor në Qendrën për Evolucionin dhe Mjekësinë dhe Shkollën e Jetës. Shkenca në ASU.

Një lloj tjetër i klasës së qelizave, qelizat e shportës, u pasuruan për numrin më të madh të fenotipeve GWAS, duke përfshirë çrregullime të tilla si skizofrenia, çrregullimi bipolar, çrregullimi i madh depresiv dhe, më e forta, epilepsia. Ata gjetën gjithashtu pasurim të vendeve të lidhura me sëmundjen e Parkinsonit midis rajoneve të hapura në klasat e qelizave gliale OPC, oligodendrociteve dhe astrociteve.

Më në fund, ata zbuluan se vendet e trashëgueshme të lidhura me çrregullimin e deficitit të vëmendjes/hiperaktivitetit (ADHD) në analizën e tyre u pasuruan vetëm midis rajoneve të hapura të neuroneve me gjemba të mesme. Neuronet me gjemba të mesme janë lidhur me hiperaktivitetin e sjelljes dhe kanë ndërprerë vëmendjen nëpërmjet aktivizimit të sinaptogjenezës së ndërmjetësuar nga astrocitet. Rezultatet e tyre sugjerojnë se neuronet me gjemba të mesme mund të jenë një objektiv i ri premtues për studimin e ardhshëm të lidhur me ADHD.

Së bashku, atlasi “multi-omik” tani ofron një burim të hapur për komunitetin kërkimor në mbarë botën për hetime të mëtejshme në evolucionin e trurit të njeriut dhe identifikimin e objektivave të reja për ndërhyrjet në sëmundje.