Décrypter les troubles neuropsychiatriques à l’aide d’un atlas des cellules du cerveau humain

Les chercheurs cartographient les gènes clés et les types de cellules cérébrales liés à la schizophrénie, au trouble bipolaire, La maladie d’Alzheimer Maladie et dépression sévère.

Dans le cadre d’un vaste effort multi-institutionnel dirigé par l’Université de Californie à San Diego (UCSD), des chercheurs ont analysé plus d’un million de cellules cérébrales humaines pour produire des cartes détaillées de la commutation génétique dans les types de cellules cérébrales, révélant les connexions entre des types de cellules spécifiques. Et divers troubles neuropsychiatriques courants. L’équipe a également développé des outils d’intelligence artificielle pour prédire l’impact de variantes génétiques individuelles à haut risque parmi ces cellules et comment elles pourraient contribuer à la maladie.

L’initiative BRAIN et son objectif

Cette recherche pionnière, présentée dans un numéro spécial de la revue les sciences le 13 octobre 2023, fait partie de la recherche sur le cerveau des National Institutes of Health dans le cadre de l’Advanced Innovative Neurotechnologies Initiative, ou BRAIN Initiative, lancée en 2014. L’initiative vise à révolutionner la compréhension du cerveau des mammifères, en partie en développant de nouveaux technologies. Neurotechniques pour caractériser les types de cellules neuronales.

Comprendre les différences cellulaires

Chaque cellule du cerveau humain contient la même séquence ADNMais différents types de cellules utilisent différents gènes en quantités différentes. Cette variation produit de nombreux types différents de cellules cérébrales et contribue à la complexité des circuits neuronaux. Apprendre comment ces types de cellules diffèrent au niveau moléculaire est crucial pour comprendre le fonctionnement du cerveau et développer de nouvelles façons de traiter les maladies neurologiques et psychiatriques.

Complexité du cerveau humain

« Le cerveau humain n’est pas homogène », a déclaré le chercheur principal Ping Ren, Ph.D., professeur à la faculté de médecine de l’UC San Diego. « Ils sont constitués d’un réseau très complexe de neurones et de cellules non neuronales, dont chacun remplit des fonctions différentes. Identifier les différents types de cellules du cerveau et comprendre comment elles fonctionnent ensemble nous aidera à terme à découvrir de nouveaux traitements pouvant cibler types de cellules individuelles pertinents pour des maladies spécifiques.

Principales conclusions de l’étude

Dans la nouvelle étude, l’équipe de chercheurs a analysé plus de 1,1 million de cellules cérébrales dans 42 régions cérébrales différentes provenant de trois cerveaux humains. Ils ont identifié 107 sous-types différents de cellules cérébrales et ont pu relier certains aspects de leur biologie moléculaire à un large éventail de maladies neuropsychiatriques, notamment la schizophrénie, le trouble bipolaire, la maladie d’Alzheimer et la dépression majeure. Les chercheurs utilisent ensuite ces données pour créer des modèles d’apprentissage automatique afin de prédire comment les variations de séquences spécifiques de l’ADN affectent la régulation des gènes et contribuent aux maladies.

Poursuite des recherches et efforts futurs

Bien que ces nouvelles découvertes fournissent des informations importantes sur le cerveau humain et ses maladies, les scientifiques sont encore loin de cartographier le cerveau. En 2022, l’UC San Diego a rejoint le Salk Institute et d’autres pour lancer le Center for the Polygonal Human Brain Cell Atlas, qui vise à étudier les cellules de plus d’une douzaine de cerveaux humains et à poser des questions sur la façon dont le cerveau change au cours du développement. de la vie des gens, et Avec la maladie.

« Élargir notre travail à un niveau plus détaillé sur un plus grand nombre de cerveaux nous rapprochera de la compréhension de la biologie des troubles neuropsychiatriques et de la manière dont ils peuvent être réhabilités », a déclaré Ren.

Référence : « Un atlas comparatif de l’accessibilité de la chromatine unicellulaire dans le cerveau humain » par 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, Joseph R. Eker, Ping Ren, 13 ans octobre 2023, les sciences.
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Les co-auteurs de l’étude sont : Yang Eric Li, Sebastian Pressel, Michael Miller, Zihan Wang, Henry Jiao, Chenxu Zhu, Zhaoning Wang, Yang Espinoza, Jingbo Zhang et Allen Wang de l’Université de Californie à San Diego, et Nicholas. D. Johnson Antonio Pinto Duarte, Wei Tian Nora Emerson, Julia Austin, Jacinta Lucero, M. Margareta Burns et Joseph R. Ecker au Salk Institute for Biological Studies. Kimberly Sillett et Steen Lennarsson à l’Institut Karolinxa Annamarie Janni, Julie Nyhus, Nick Dee, Tamara Kasper, Nadja Shapovalova, Daniel Hirschstein et Rebecca D. Hodge Trygve Bakken, Boaz Levy et Ed Lin de l’Allen Institute for Brain Science et C. Dirk Kane dans Université de Washington Seattle.

L’étude a été précédemment soutenue Instituts nationaux de la santé (subventions UM1MH130994, U01MH114812, U54HG012510 et S10 OD026929), National Science Foundation (subvention OIA-2040727) ; et le Nancy and Buster Alford Endowment, la Life Sciences Research Foundation, ainsi que des dons de Google, Adobe et Teradata.