Des chercheurs de l’Université de Californie à San Diego, dans le cadre d’un effort collaboratif majeur, ont cartographié les changements génétiques dans différents types de cellules cérébrales en analysant plus d’un million de cellules cérébrales humaines. Cette étude, qui fait partie de l’Initiative BRAIN, a mis en évidence la relation entre certains types de cellules et les troubles neuropsychiatriques. Ils ont en outre utilisé l’IA pour prévoir les effets de variantes génétiques spécifiques à haut risque.
Les chercheurs cartographient les changements génétiques et les types de cellules cérébrales associés à la schizophrénie, au trouble bipolaire, Alzheimer maladie et dépression majeure.
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 des commutateurs génétiques dans les types de cellules cérébrales et ont révélé les liens entre des types spécifiques de cellules. et divers troubles neuropsychiatriques courants. L’équipe a également développé des outils d’intelligence artificielle pour prédire l’influence de variantes génétiques individuelles à haut risque parmi ces cellules et comment elles peuvent contribuer à la maladie.
« Le cerveau humain n’est pas homogène. Il s’agit plutôt d’une mosaïque de différents types de cellules qui semblent différents et remplissent des fonctions différentes. Cartographier les différents types de cellules du cerveau et comprendre leur fonctionnement nous aidera à terme à découvrir de nouvelles thérapies pouvant cibler des types de cellules individuels pertinents pour des maladies spécifiques. — Bing Ren, Ph.D.
Initiative BRAIN et son objectif
Cette recherche révolutionnaire, présentée dans un numéro spécial de Science le 13 octobre 2023, fait partie de l’initiative Brain Research Through Advancing Innovative Neurotechnologies de l’Institut national de la santé, ou The BRAIN Initiative, lancée en 2014. L’initiative vise à révolutionner la compréhension du cerveau des mammifères, en partie grâce au développement de nouveaux neurotechnologies pour caractériser les types de cellules neuronales.
Comprendre les différences cellulaires
Chaque cellule du cerveau humain contient la même séquence de ADN, mais différents types de cellules utilisent des gènes différents et 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 essentiel pour comprendre le fonctionnement du cerveau et développer de nouvelles façons de traiter les maladies neuropsychiatriques.
La complexité du cerveau humain
« Le cerveau humain n’est pas homogène », a déclaré l’auteur principal Bing Ren, PhD, professeur à la faculté de médecine de l’UC San Diego. « Il est constitué d’un réseau extrêmement complexe de neurones et de cellules non neuronales, chacun remplissant des fonctions différentes. Cartographier les différents types de cellules du cerveau et comprendre comment elles fonctionnent ensemble nous aidera à terme à découvrir de nouvelles thérapies pouvant cibler des types de cellules individuels 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 distinctes provenant de trois cerveaux humains. Ils ont identifié 107 sous-types différents de cellules cérébrales et ont pu établir une corrélation entre certains aspects de leur biologie moléculaire et 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 certaines variations de séquence de l’ADN peuvent influencer la régulation des gènes et contribuer à la maladie.
Recherches en cours et efforts futurs
Bien que ces nouveaux résultats offrent des informations significatives sur le cerveau humain et sa pathologie, les scientifiques sont encore loin d’avoir fini de cartographier le cerveau. En 2022, l’UC San Diego a rejoint le Salk Institute et d’autres pour lancer un Center for Multiomic 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, au cours de la vie des personnes, et avec la maladie.
« En intensifiant nos travaux à un niveau de détail encore plus détaillé sur un plus grand nombre de cerveaux, nous ferons un pas de plus vers la compréhension de la biologie des troubles neuropsychiatriques et de la manière dont ils peuvent être réhabilités », a déclaré Ren.
Les co-auteurs de l’étude comprennent : Yang Eric Li, Sebastian Preissl, Michael Miller, Zihan Wang, Henry Jiao, Chenxu Zhu, Zhaoning Wang, Yang Xie, Olivier Poirion, Colin Kern, Lin Lin, Qian Yang, Quan Zhu, Nathan Zemke. , Sarah Espinoza, Jingbo Shang et Allen Wang à l’UC San Diego, Nicholas D. Johnson Antonio Pinto-Duarte, Wei Tian Nora Emerson, Julia Osteen, Jacinta Lucero, M. Margarita Behrens et Joseph R. Ecker au Salk Institute for Biological Studies , Kimberly Silett et Sten Linnarsson à l’Institut Karolinksa Anna Marie Yanny, Julie Nyhus, Nick Dee, Tamara Casper, Nadiya Shapovalova, Daniel Hirschstein, Rebecca D. Hodge Trygve Bakken, Boaz Levi et Ed Lein à l’Allen Institute of Brain Science et C. Dirk Keene à Université de Washington Seattle.
L’étude a été soutenue par le Instituts nationaux de la santé (subventions UM1MH130994, U01MH114812, U54HG012510 et S10 OD026929), la National Science Foundation (subvention OIA-2040727) ; le Nancy and Buster Alford Endowment, la Life Sciences Research Foundation, ainsi que des dons de Google, Adobe et Teradata.
