Учёные составили единый атлас 25,5 млн клеток мозга и обнаружили новый тип нейронов, связанный с шизофренией
iXBT.com ·
Международный консорциум BICAN создал подробный клеточный атлас базальных ганглиев — глубоко расположенной в мозге системы структур, участвующих в управлении движениями, мотивацией, привычками и принятием решений. Исследователи объединили данные о 25,5 млн клеток мозга, включая 21 млн человеческих, и разработали общую систему их классификации для сравнения между разными видами. В проекте участвовали 56 научных организаций из 9 стран. Результаты представлены в серии из 26 научных работ.
Базальные ганглии связаны с развитием болезни Паркинсона и Хантингтона, шизофрении, биполярного расстройства, обсессивно-компульсивного расстройства и зависимостей. При этом до сих пор учёным не хватало единого справочника, который позволял бы сопоставлять клеточные типы, обнаруженные в разных лабораториях, участках мозга и у разных видов животных. Новый атлас должен стать своего рода биологическим аналогом Розеттского камня: он задаёт общую систему названий и признаков клеток, чтобы результаты независимых исследований можно было переводить на один научный язык.
В основу атласа легли данные о клетках человека, макак и игрунок. Учёные использовали секвенирование РНК отдельных клеток, чтобы определить активность генов, эпигеномные методы — для изучения механизмов включения и выключения генов, а также пространственные исследования, измерения электрической активности и анализ формы клеток. Искусственный интеллект и методы машинного обучения помогли находить закономерности в огромных массивах данных и объединять результаты разных типов исследований. Важная часть работы — сопоставление клеток разных видов: оно позволяет выявлять общие для млекопитающих особенности и отличия, характерные для человека.
Одним из конкретных результатов стало обнаружение ранее не описанного типа нейронов в полосатом теле — STR D2 SMYD2-HTR7. Эти клетки экспрессируют ген рецептора серотонина HTR7 и связаны с генетическими сигналами риска шизофрении и биполярного расстройства. Ранее учёные знали о связи полосатого тела с шизофренией, но не могли достаточно точно определить, какие именно нейроны могут быть уязвимы. Новый атлас позволил сузить поиск до конкретной клеточной популяции.
Другие работы из серии показали, как клеточная карта может использоваться для решения отдельных биомедицинских задач. Учёные разработали более адресный вариант генной терапии, который уменьшал характерные для болезни Паркинсона треморы в экспериментах на животных. Исследование специалистов Калифорнийского университета в Сан-Франциско выявило генетические изменения в отдельных типах клеток базальных ганглиев, потенциально связанные с аутизмом. Ещё одна группа обнаружила возрастные изменения активности генов в разных клеточных популяциях полосатого тела и показала, что по этим данным можно оценивать биологический возраст человека.
Единая классификация позволит исследователям сопоставлять данные здоровых людей и пациентов, точнее определять клетки, в которых проявляются связанные с болезнями генетические изменения, и выбирать более конкретные мишени для будущей терапии. BICAN планирует распространить созданную систему на другие отделы мозга. По оценке организаторов проекта, на это потребуется ещё два-три года.