En un importante esfuerzo de colaboración, investigadores de la Universidad de California en San Diego han mapeado interruptores genéticos en diferentes tipos de células cerebrales analizando más de un millón de células cerebrales humanas. Este estudio, que forma parte de la Iniciativa BRAIN, arroja luz sobre la relación entre ciertos tipos de células y los trastornos neuropsiquiátricos. También utilizaron inteligencia artificial para predecir los efectos de variantes genéticas específicas de alto riesgo.
Los investigadores mapean genes clave y tipos de células cerebrales relacionados con la esquizofrenia, el trastorno bipolar, enfermedad de alzheimer Enfermedad y depresión severa.
En un gran esfuerzo multiinstitucional dirigido por la Universidad de California en San Diego (UCSD), los investigadores analizaron más de un millón de células cerebrales humanas para producir mapas detallados del cambio de genes en tipos de células cerebrales, revelando las conexiones entre tipos de células específicas. Y varios trastornos neuropsiquiátricos comunes. El equipo también desarrolló herramientas de inteligencia artificial para predecir el impacto de variantes genéticas individuales de alto riesgo entre estas células y cómo podrían contribuir a la enfermedad.
«El cerebro humano no es homogéneo. Es más como un mosaico de diferentes tipos de células que se ven diferentes y realizan diferentes funciones. Identificar los diferentes tipos de células en el cerebro y comprender cómo funcionan nos ayudará en última instancia a descubrir nuevos tratamientos que puedan atacar tipos de células individuales relevantes para enfermedades específicas. Ping Ren, Ph.D.
La iniciativa BRAIN y su objetivo
Esta investigación pionera, que fue presentada en un número especial de la revista Ciencias el 13 de octubre de 2023, es parte de la investigación del cerebro de los Institutos Nacionales de Salud a través de la Iniciativa de Neurotecnologías Innovadoras Avanzadas, o Iniciativa BRAIN, que se lanzó en 2014. La iniciativa tiene como objetivo revolucionar la comprensión del cerebro de los mamíferos, en parte, mediante el desarrollo de nuevos tecnologías. Neurotécnicas para la caracterización de tipos de células neuronales.
Comprender las diferencias celulares
Cada célula del cerebro humano contiene la misma secuencia. ADNPero los diferentes tipos de células utilizan genes diferentes en cantidades diferentes. Esta variación produce muchos tipos diferentes de células cerebrales y contribuye a la complejidad de los circuitos neuronales. Aprender en qué se diferencian estos tipos de células a nivel molecular es crucial para comprender cómo funciona el cerebro y desarrollar nuevas formas de tratar enfermedades neurológicas y psiquiátricas.
Complejidad del cerebro humano
«El cerebro humano no es homogéneo», dijo el investigador principal, Ping Ren, Ph.D., profesor de la Facultad de Medicina de UC San Diego. «Están formados por una red muy compleja de neuronas y células no neuronales, cada una de las cuales realiza diferentes funciones. Identificar los diferentes tipos de células en el cerebro y comprender cómo trabajan juntas nos ayudará en última instancia a descubrir nuevos tratamientos que puedan apuntar tipos de células individuales relevantes para enfermedades específicas”.
Principales hallazgos del estudio.
En el nuevo estudio, el equipo de investigadores analizó más de 1,1 millones de células cerebrales en 42 regiones cerebrales diferentes de tres cerebros humanos. Identificaron 107 subtipos diferentes de células cerebrales y pudieron vincular aspectos de su biología molecular con una amplia gama de enfermedades neuropsiquiátricas, incluidas la esquizofrenia, el trastorno bipolar, la enfermedad de Alzheimer y la depresión mayor. Luego, los investigadores utilizan estos datos para crear modelos de aprendizaje automático para predecir cómo variaciones de secuencias específicas en el ADN afectan la regulación genética y contribuyen a la enfermedad.
Investigación continua y esfuerzos futuros.
Si bien estos nuevos hallazgos proporcionan información importante sobre el cerebro humano y sus enfermedades, los científicos todavía están muy lejos de mapear el cerebro. En 2022, UC San Diego se unió al Instituto Salk y otros para lanzar el Centro para el Atlas Poligonal de Células Cerebrales Humanas, cuyo objetivo es estudiar células de más de una docena de cerebros humanos y plantear preguntas sobre cómo cambia el cerebro durante el desarrollo a lo largo del curso. de la vida de las personas, y Con enfermedad.
«Ampliar nuestro trabajo a un mayor nivel de detalle en una mayor cantidad de cerebros nos acercará un paso más a la comprensión de la biología de los trastornos neuropsiquiátricos y cómo se pueden rehabilitar», dijo Ren.
Referencia: “Un atlas comparativo de la accesibilidad a la cromatina unicelular en el cerebro humano” por Yang-Eric Li, Sebastian Pressel, Michael Miller, Nicholas D. Johnson, Zihan Wang, Henry Jiao, Chenxu Zhou, Zhauning Wang, Yang Xie, Olivier Poirion, Colin Kern, Antonio Pinto-Duarte, Wei Tian, Kimberly Seletti, Nora Emerson, Julia Austin, Jacinta Lucero, Lin Lin, Qian Yang , Quan Chu, Nathan Zemke, Sarah Espinoza, Anna Marie Yanni, Julie Niehus, Nick D., Tamara Kasper, Nadia Shapovalova, Danielle Hirschstein, Rebecca D. Hodge, Sten Lennarsson, Trygve Bakken, Boaz Levy, C. Dirk Keen, Jingbo Zhang, Ed Lin, Allen Wang, M. Margarita Behrens, José R. Eker, Ping Ren, 13 años, octubre de 2023, Ciencias.
doi: 10.1126/ciencia.adf7044
Los coautores del estudio son: Yang Eric Li, Sebastian Pressel, Michael Miller, Zihan Wang, Henry Jiao, Chenxu Zhu, Zhaoning Wang, Yang Espinoza, Jingbo Zhang y Allen Wang de la Universidad de California, San Diego, y Nicholas. D. Johnson Antonio Pinto Duarte, Wei Tian Nora Emerson, Julia Austin, Jacinta Lucero, M. Margareta Burns y Joseph R. Ecker en el Instituto Salk de Estudios Biológicos. Kimberly Sillett y Steen Lennarsson en el Instituto Karolinxa Annamarie Janni, Julie Nyhus, Nick Dee, Tamara Kasper, Nadja Shapovalova, Daniel Hirschstein y Rebecca D. Hodge Trygve Bakken, Boaz Levy y Ed Lin en el Instituto Allen de Ciencias del Cerebro y C. Dirk Kane en Universidad de Washington Seattle.
El estudio fue apoyado previamente Institutos Nacionales de Salud (Subvenciones UM1MH130994, U01MH114812, U54HG012510 y S10 OD026929), Fundación Nacional de Ciencias (Subvención OIA-2040727); y Nancy and Buster Alford Endowment, Life Sciences Research Foundation, así como donaciones de Google, Adobe y Teradata.
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