Команда исследователей из Медицинского колледжа Бейлора, Техасского института сердца и Техасской детской больницы разработала новый мощный подход к пониманию формирования новых нейронов в мозге взрослых млекопитающих. Эта работа, опубликованная в журнале Cell Reports, открывает новые захватывающие пути, которые можно развивать в дальнейшем для восстановления неисправных цепей мозга.
"Мозг млекопитающих представляет собой сложную ткань, состоящую из различных типов клеток. Однако, несмотря на быстрый прогресс в области нейробиологии, известно и хорошо охарактеризовано лишь ограниченное количество типов клеток мозга," сказал ведущий автор доктор. Бенджамин Аренкиэль, адъюнкт-профессор молекулярной генетики, генетики человека и нейробиологии Медицинского колледжа Бейлора и исследователь Неврологического научно-исследовательского института Яна и Дэна Дунканов Детской больницы Техаса. "Идентификация всех клеточных подтипов имеет решающее значение для понимания того, как функционируют мозговые цепи, и даст представление о деятельности мозга в болезненных и травмированных условиях."
В этом исследовании Аренкиль и его коллеги описали инновационный подход, который выявил новые клеточные мишени и генетические пути, участвующие в подключении нейронов взрослого человека к существующим мозговым цепям.
Теперь исследователи знают, что мозг состоит не только из четырех или пяти типов клеток, выполняющих общие роли. «Большинство цепей состоят из уникальных подтипов клеток, многие из которых в настоящее время не охарактеризованы», – пояснил Аренкиль. Например, в определенном классе нейронов могут быть тысячи функциональных подтипов.
"Следовательно, первая задача для понимания мозговых цепей – выявить всех клеточных игроков," сказал Аренкиэль, который также является стипендиатом Макнейра в Медицинском колледже Бейлора. "Это позволит нам генетически исследовать их, чтобы выявить их биологические функции, необходимые знания, чтобы исправить эти цепи, когда что-то пойдет не так."
У большинства взрослых млекопитающих только две области мозга, гиппокамп и обонятельная луковица (OB), как было показано, интегрируют новые нейроны в существующие цепи мозга. Аренкиэль объединил усилия с соавтором-корреспондентом доктором. Джеймс Мартин, профессор и Вивиан Л. Смит Кафедра регенеративной медицины Медицинского колледжа Бейлора и директор лаборатории обновления кардиомиоцитов Техасского института сердца. Команда применила относительно новую технологию, секвенирование одноклеточной РНК, чтобы идентифицировать новые клеточные подтипы в OB.
Чтобы выполнить секвенирование одноклеточной РНК, Бурак Тепе, аспирант лаборатории Аренкиля и один из основных авторов этой статьи, и его коллеги подготовили суспензию одноклеточных клеток, разделив ткань мозга с помощью ферментов. Эта смесь была отсортирована в микрофлюидной камере, в которой каждая клетка была совместно инкапсулирована в микрочастицы (шарики) с уникальными штрих-кодами, которые отслеживали клеточное происхождение каждого транскрипта мРНК.
Используя эту стратегию профилирования, они кропотливо сгенерировали библиотеку транскриптов мРНК для 50000 клеток в OB. Эта информация показала, что OB включает примерно 30 различных типов клеток, которые включают 18 различных типов нейронов, а также многие другие ненейрональные клетки, такие как астроциты, олигодендроциты, сосудистые и иммунные клетки.
Кроме того, команда обнаружила гены и / или пути, которые хронологически повернуты "на" или "выключенный" в этих линиях во время развития мозга. В этом исследовании используется объединенная мощность анализа секвенирования одноклеточной РНК взрослых нейронов с биоинформатикой для сравнения того, как профили экспрессии генов из разных нейрональных клонов развиваются с течением времени.
Этот мощный метод позволил исследователям воссоздать предполагаемую траекторию развития ("псевдо-шкала времени") всех нейронных клонов в OB – от мигрирующих нейронных предшественников до полностью функционирующих зрелых нейронов – вместе с подробной информацией о том, когда и где конкретные гены или генетические сети включаются или выключаются.В соответствии с этим исследователи обнаружили, что определенные подтипы нейронов по-разному обогащались или истощались в ответ на различные сенсорные сигналы.
"В дополнение к выявлению ключевых игроков и предоставлению важнейших механистических представлений о нейрогенезе у взрослых в OB, мы думаем, что это исследование имеет более широкое влияние, потому что другие исследователи теперь могут использовать этот подход для выявления и выявления функции новых нейронных цепей в других частях взрослого человека. мозг млекопитающих," Аренкиэль сказал.