Нейробиологи выпустили первый исчерпывающий атлас клеток мозга

Предлагаем Вам ознакомиться с переводом публикации с сайта Калифорнийского университета в Бэркли, автор статьи Роберт Сандерс.

Срез мозга трансгенной мыши, в котором генетически определенные нейроны в коре головного мозга помечены красным флуоресцентным репортерным геном. (Изображение Тани Дейгл, любезно предоставлено Институтом Аллена)

Когда вы щелкнули, чтобы прочитать эту историю, полоса клеток в верхней части вашего мозга отправила сигналы вниз по позвоночнику и наружу в вашу руку, чтобы указать мышцам указательного пальца надавить с нужным усилием, чтобы активировать мышь. или трекпад.

Множество новых исследований теперь показывают, что область мозга, ответственная за инициирование этого действия — первичная моторная кора, которая контролирует движение, — имеет до 116 различных типов клеток, которые работают вместе, чтобы это произошло.

17 исследований, опубликованных 6 октября в журнале Nature , являются результатом пятилетней работы огромного консорциума исследователей при поддержке Инициативы Национального института здравоохранения по исследованию мозга через продвижение инновационных нейротехнологий (BRAIN) для выявления множества разные типы клеток в одной части мозга. Это первый шаг в долгосрочном проекте по созданию атласа всего мозга, который поможет понять, как нейронные сети в нашей голове управляют нашим телом и разумом и как они нарушаются в случаях психических и физических проблем.

«Если вы думаете о мозге как о чрезвычайно сложной машине, как мы можем понять его, не разбирая его сначала и не зная частей?» — спросил клеточный нейробиолог Хелен Бэйтуп из Калифорнийского университета в Беркли, адъюнкт-профессор молекулярной и клеточной биологии и соавтор ведущей статьи, в которой синтезируются результаты других статей. «На первой странице любого руководства о том, как работает мозг, следует читать: вот все клеточные компоненты, вот сколько их, вот где они расположены и с кем они связаны».

Отдельные исследователи ранее идентифицировали десятки типов клеток на основе их формы, размера, электрических свойств и того, какие гены в них экспрессируются. Новые исследования идентифицируют примерно в пять раз больше типов клеток, хотя многие из них являются подтипами хорошо известных типов клеток. Например, каждая клетка, которая выделяет определенные нейротрансмиттеры, такие как гамма-аминомасляная кислота (ГАМК) или глутамат, имеет более дюжины подтипов, отличающихся друг от друга по экспрессии генов и паттернам электрического возбуждения.

В то время как текущие документы касаются только моторной коры головного мозга, сеть переписи клеток BRAIN Initiative Cell Census Network (BICCN), созданная в 2017 году, пытается отобразить все различные типы клеток по всему мозгу, который состоит из более чем 160 миллиардов отдельных клеток, как нейронов, так и вспомогательных клеток. клетки, называемые глией. Инициатива BRAIN была запущена в 2013 году тогдашним президентом Бараком Обамой.

«Как только мы определим все эти части, мы сможем подняться на уровень выше и начать понимать, как эти части работают вместе, как они образуют функциональную схему, как это в конечном итоге приводит к восприятию и поведению, а также к гораздо более сложным вещам», — сказал Бейтуп. сказал.

Врезные мыши

Вместе с бывшим профессором Калифорнийского университета в Беркли Джоном Нгаи Батеап и его коллега из Калифорнийского университета в Беркли Дирк Хокемейер уже использовали CRISPR-Cas9 для создания мышей, у которых определенный тип клеток помечен флуоресцентным маркером, что позволяет им отслеживать связи, которые эти клетки устанавливают в головном мозге. . По ее словам, для основной журнальной статьи команда из Беркли создала два штамма мышей-репортеров, которые предоставили новые инструменты для выявления связей между недавно идентифицированными типами клеток.

Первичная моторная кора головного мозга (фиолетовый) отвечает за движение у млекопитающих. 
Для этого исследования сравнивали мозг людей, мартышек — нечеловеческих приматов — и мышей. 
Число и различные типы клеток были одинаковыми у всех этих животных. 
(Изображение любезно предоставлено компанией Nature)

Первичная моторная кора головного мозга (пурпурный) отвечает за движение у млекопитающих. Для этого исследования сравнивали мозг людей, мартышек — нечеловеческих приматов — и мышей. Количество и различные типы клеток были одинаковыми у всех этих животных. (Изображение любезно предоставлено компанией Nature)

«Одно из многих наших ограничений в разработке эффективных методов лечения заболеваний головного мозга человека заключается в том, что мы просто недостаточно знаем о том, какие клетки и связи подвержены определенному заболеванию, и поэтому не можем с точностью определить, на что и где нам нужно нацеливаться. », — сказал Нгаи, возглавлявший проект Brain Initiative Калифорнийского университета в Беркли, прежде чем в прошлом году его привлекли для руководства всей национальной инициативой . «Подробная информация о типах клеток, из которых состоит мозг, и их свойствах, в конечном итоге, позволит разработать новые методы лечения неврологических и психоневрологических заболеваний».

Нгаи является одним из 13 авторов-корреспондентов флагманской статьи, у которой в общей сложности более 250 соавторов.

Батеап, Хоккемейер и Нгаи совместно работали над более ранним исследованием, чтобы профилировать все активные гены в отдельных продуцирующих дофамин клетках в среднем мозге мышей, структура которого похожа на человеческий мозг. Этот же метод профилирования, который включает в себя идентификацию всех конкретных молекул РНК-мессенджера и их уровней в каждой клетке, был использован другими исследователями BICCN для профилирования клеток в моторной коре. Этот тип анализа с использованием техники, называемой секвенированием одноклеточной РНК или scRNA-seq, называется транскриптомикой.

Метод scRNA-seq был одним из почти дюжины отдельных экспериментальных методов, используемых командой BICCN для характеристики различных типов клеток у трех разных млекопитающих: мышей, мартышек и людей. Четыре из них включают различные способы идентификации уровней экспрессии генов и определения архитектуры хроматина генома и статуса метилирования ДНК, который называется эпигеномом. Другие методы включали классические электрофизиологические записи с помощью зажимов для различения клеток по тому, как они запускают потенциалы действия, категоризацию клеток по форме, определение их связности и изучение пространственного расположения клеток в мозге. Некоторые из них использовали машинное обучение или искусственный интеллект для различения типов клеток.

Исследователи проследили отдельные нейроны в медиальной височной извилине неокортекса, самой внешней оболочки мозга млекопитающих, чтобы обнаружить ее связи с различными слоями мозга. 
Цифровая реконструкция накладывается на срез ткани человеческого мозга, подаренный пациентом, перенесшим операцию на головном мозге. 
(Изображение любезно предоставлено Институтом исследований мозга Аллена)

Исследователи проследили отдельные нейроны в медиальной височной извилине неокортекса, самой внешней оболочки мозга млекопитающих, чтобы обнаружить ее связи с различными слоями мозга. Цифровая реконструкция накладывается на срез ткани человеческого мозга, подаренный пациентом, перенесшим операцию на головном мозге. (Изображение любезно предоставлено Институтом исследований мозга Аллена)

«Это было наиболее полное описание этих типов клеток с высоким разрешением и различными методологиями», — сказал Хокемейер. «Вывод статьи состоит в том, что при определении типов клеток с помощью этих различных методов наблюдается замечательное совпадение и последовательность».

Команда статистиков объединила данные всех этих экспериментальных методов, чтобы определить, как лучше всего классифицировать или кластеризовать клетки по различным типам и, предположительно, различным функциям на основе наблюдаемых различий в экспрессии и эпигенетических профилях между этими клетками. Хотя существует множество статистических алгоритмов для анализа таких данных и идентификации кластеров, задача заключалась в том, чтобы определить, какие кластеры действительно отличаются друг от друга — действительно разными типами клеток, — сказала Сандрин Дудуа , профессор Калифорнийского университета в Беркли и председатель Департамента статистики. Она и биостатист Элизабет Пурдом , доцент статистики Калифорнийского университета в Беркли, были ключевыми членами статистической группы и соавторами основного документа.

«Идея состоит не в том, чтобы создать еще один новый метод кластеризации, а в том, чтобы найти способы использовать сильные стороны различных методов и методов комбинирования и оценить стабильность результатов, воспроизводимость кластеров, которые вы получаете», — сказал Дудуа. «Это действительно ключевая идея всех этих исследований, направленных на поиск новых типов клеток или новых категорий клеток: независимо от того, какой алгоритм вы попробуете, вы получите кластеры, поэтому это ключ к действительно уверенности в своих результатах».

Батеап отметил, что количество отдельных типов клеток, идентифицированных в новом исследовании, зависело от используемой техники и варьировалось от десятков до 116. Например, один вывод заключался в том, что у людей примерно в два раза больше различных типов тормозных нейронов, чем у возбуждающих нейронов. области мозга, а у мышей их в пять раз больше.

«Раньше у нас было что-то вроде 10 или 20 различных типов клеток, которые были определены, но мы понятия не имели, были ли клетки, которые мы определяли по их паттернам экспрессии генов, такими же, как те, которые были определены на основе их электрофизиологических свойств, или такие же, как типы нейронов, определяемые их морфологией », — сказал Батеуп.

Новое исследование показало, что одна популяция нейронов, помеченная зеленым, проецируется из первичной моторной коры головного мозга мыши (пурпурный) в ствол мозга (желтая масса). (Изображение любезно предоставлено компанией Nature)

«Большой прогресс BICCN заключается в том, что мы объединили множество различных способов определения типа клеток и интегрировали их, чтобы прийти к единой таксономии, которая основана не только на экспрессии генов, физиологии или морфологии, но и учитывает все эти свойства. , — сказал Хокемейер. «Итак, теперь мы можем сказать, что этот конкретный тип клеток экспрессирует эти гены, имеет эту морфологию, имеет эти физиологические свойства и расположен в этой конкретной области коры головного мозга. Итак, у вас есть гораздо более глубокое и детальное понимание того, что представляет собой этот тип клеток и его основные свойства ».

Дудуа предупредил, что будущие исследования могут показать, что количество типов клеток, идентифицированных в моторной коре, является завышенным, но текущие исследования являются хорошим началом для построения атласа клеток всего мозга.

«Даже среди биологов существуют совершенно разные мнения относительно того, какое разрешение вы должны иметь для этих систем, существует ли эта очень, очень тонкая кластерная структура или действительно ли у вас есть типы клеток более высокого уровня, которые более стабильны», — сказала она. «Тем не менее, эти результаты демонстрируют силу сотрудничества и объединения усилий различных групп. Мы начинаем с биологического вопроса, но один биолог не смог бы решить эту проблему. Чтобы решить такую ​​большую сложную проблему, вам нужна команда экспертов в различных дисциплинах, способных хорошо общаться и хорошо взаимодействовать друг с другом ».

Другие члены команды Калифорнийского университета в Беркли включали докторантов Ребекку Чанс и Дэвида Стаффорда, аспиранта Дэниела Крамера, научного сотрудника Шона Аллен из Департамента молекулярной и клеточной биологии, докторанта Эктора Ру де Безье из Школы общественного здравоохранения и докторанта Коэн. Ван ден Берге из Департамента статистики. Батеап является членом Института нейробиологии Хелен Уиллс, Хокемейер — членом Института инновационной геномики, и оба они являются исследователями, финансируемыми Chan Zuckerberg Biohub.

__________________________________________________________________________

Пожалуйста поддержите наш проект, чтобы мы могли публиковать еще больше интересных статей. Подпишитесь на ежемесячное пожертвование:

Мы будем рады небольшой, но ежемесячной помощи - это позволит нам увереннее чувствовать себя и надёжнее строить планы нашей работы. (Хотите анонимно? Укажите любой e-mail и ФИО)
Размер пожертвования
100
300
500
1000
Способ оплаты
Банковская карта
Ваши данные
Укажите ваше имя

Публичная оферта о заключении договора пожертвования

Автономная некоммерческая организация "Социальный проект "Чтобы Жить" (Директор: Дернова Надежда Владимировна),
предлагает гражданам сделать пожертвование на ниже приведенных условиях:

1. Общие положения
1.1. В соответствии с п. 2 ст. 437 Гражданского кодекса Российской Федерации данное предложение является публичной офертой (далее – Оферта).
1.2. В настоящей Оферте употребляются термины, имеющие следующее значение:
«Пожертвование» - «дарение вещи или права в общеполезных целях»;
«Жертвователь» - «граждане, делающие пожертвования»;
«Получатель пожертвования» - «Автономная некоммерческая организация "Социальный проект "Чтобы Жить"».

1.3. Оферта действует бессрочно с момента размещения ее на сайте Получателя пожертвования.
1.4. Получатель пожертвования вправе отменить Оферту в любое время путем удаления ее со страницы своего сайта в Интернете.
1.5. Недействительность одного или нескольких условий Оферты не влечет недействительность всех остальных условий Оферты.

2. Существенные условия договора пожертвования:
2.1. Пожертвование используется на содержание и ведение уставной деятельности Получателя пожертвования.
2.2. Сумма пожертвования определяется Жертвователем.

3. Порядок заключения договора пожертвования:
3.1. В соответствии с п. 3 ст. 434 Гражданского кодекса Российской Федерации договор пожертвования заключается в письменной форме путем акцепта Оферты Жертвователем.
3.2. Оферта может быть акцептована путем перечисления Жертвователем денежных средств в пользу Получателя пожертвования платежным поручением по реквизитам, указанным в разделе 5 Оферты, с указанием в строке «назначение платежа»: «пожертвование на содержание и ведение уставной деятельности», а также с использованием пластиковых карт, электронных платежных систем и других средств и систем, позволяющих Жертвователю перечислять Получателю пожертвования денежных средств.
3.3. Совершение Жертвователем любого из действий, предусмотренных п. 3.2. Оферты, считается акцептом Оферты в соответствии с п. 3 ст. 438 Гражданского кодекса Российской Федерации.
3.4. Датой акцепта Оферты – датой заключения договора пожертвования является дата поступления пожертвования в виде денежных средств от Жертвователя на расчетный счет Получателя пожертвования.

4. Заключительные положения:
4.1. Совершая действия, предусмотренные настоящей Офертой, Жертвователь подтверждает, что ознакомлен с условиями Оферты, целями деятельности Получателя пожертвования, осознает значение своих действий и имеет полное право на их совершение, полностью и безоговорочно принимает условия настоящей Оферты.
4.2. Настоящая Оферта регулируется и толкуется в соответствии с действующим российском законодательством.

5. Подпись и реквизиты Получателя пожертвования

Автономная некоммерческая организация "Социальный проект "Чтобы Жить"

ОГРН: 1186658037147
ИНН/КПП: 6685149088/668501001
Адрес места нахождения: 620026, Свердловская область, г. Екатеринбург, ул. Сони Морозовой, 175а, 93

Банковские реквизиты:
Номер банковского счёта: 40703810210050000615
Банк: Ф ТОЧКА БАНК КИВИ БАНК (АО)
БИК банка: 044525797
Номер корреспондентского счёта банка: 30101810445250000797

Директор
Дернова Надежда Владимировна

Соглашаюсь с офертой

Согласие на обработку персональных данных

Пользователь, оставляя заявку, оформляя подписку, комментарий, запрос на обратную связь, регистрируясь либо совершая иные действия, связанные с внесением своих персональных данных на интернет-сайте https://www.foryoulive.ru, принимает настоящее Согласие на обработку персональных данных (далее – Согласие), размещенное по адресу https://www.foryoulive.ru/personal-data-usage-terms/.

Принятием Согласия является подтверждение факта согласия Пользователя со всеми пунктами Согласия. Пользователь дает свое согласие организации «Автономная некоммерческая организация "Социальный проект "Чтобы Жить"», которой принадлежит сайт https://www.foryoulive.ru на обработку своих персональных данных со следующими условиями:

Пользователь дает согласие на обработку своих персональных данных, как без использования средств автоматизации, так и с их использованием.
Согласие дается на обработку следующих персональных данных (не являющимися специальными или биометрическими):
• фамилия, имя, отчество;
• адрес(а) электронной почты;
• иные данные, предоставляемые Пользователем.

Персональные данные пользователя не являются общедоступными.

1. Целью обработки персональных данных является предоставление полного доступа к функционалу сайта https://www.foryoulive.ru.

2. Основанием для сбора, обработки и хранения персональных данных являются:
• Ст. 23, 24 Конституции Российской Федерации;
• Ст. 2, 5, 6, 7, 9, 18–22 Федерального закона от 27.07.06 года №152-ФЗ «О персональных данных»;
• Ст. 18 Федерального закона от 13.03.06 года № 38-ФЗ «О рекламе»;
• Устав организации «Автономная некоммерческая организация "Социальный проект "Чтобы Жить"»;
• Политика обработки персональных данных.

3. В ходе обработки с персональными данными будут совершены следующие действия с персональными данными: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (распространение, предоставление, доступ), обезличивание, блокирование, удаление, уничтожение.

4. Передача персональных данных, скрытых для общего просмотра, третьим лицам не осуществляется, за исключением случаев, предусмотренных законодательством Российской Федерации.

5. Пользователь подтверждает, что указанные им персональные данные принадлежат лично ему.

6. Персональные данные хранятся и обрабатываются до момента ликвидации организации «Автономная некоммерческая организация "Социальный проект "Чтобы Жить"». Хранение персональных данных осуществляется согласно Федеральному закону №125-ФЗ «Об архивном деле в Российской Федерации» и иным нормативно правовым актам в области архивного дела и архивного хранения.

7. Пользователь согласен на получение информационных сообщений с сайта https://www.foryoulive.ru. Персональные данные обрабатываются до отписки Пользователя от получения информационных сообщений.

8. Согласие может быть отозвано Пользователем либо его законным представителем, путем направления Отзыва согласия на электронную почту – siyalov@mail.ru с пометкой «Отзыв согласия на обработку персональных данных». В случае отзыва Пользователем согласия на обработку персональных данных организация «Автономная некоммерческая организация "Социальный проект "Чтобы Жить"» вправе продолжить обработку персональных данных без согласия Пользователя при наличии оснований, указанных в пунктах 2 - 11 части 1 статьи 6, части 2 статьи 10 и части 2 статьи 11 Федерального закона №152-ФЗ «О персональных данных» от 27.07.2006 г. Удаление персональных данных влечет невозможность доступа к полной версии функционала сайта https://www.foryoulive.ru.

9. Настоящее Согласие является бессрочным, и действует все время до момента прекращения обработки персональных данных, указанных в п.7 и п.8 данного Согласия.

10. Место нахождения организации «Автономная некоммерческая организация "Социальный проект "Чтобы Жить"» в соответствии с учредительными документами: 620026, Свердловская область, г. Екатеринбург, ул. Сони Морозовой, 175а, 93.

Соглашаюсь на обработку моих персональных данных
Перенаправление на безопасную страницу платежа...

Анкета волонета проекта «Чтобы Жить»