Une collaboration mondiale a permis de créer l’atlas du cerveau des primates le plus complet au monde, comprenant 4,2 millions de cellules, dévoilant des fonctionnalités spécifiques à une région et des associations avec des maladies neurologiques, ouvrant ainsi la voie à de futures recherches sur le cerveau et à des interventions contre les maladies.
Plus de 4 millions de cellules profilées pour créer le plus grand atlas à ce jour afin d’aider à explorer l’évolution du cerveau humain et de nouvelles cibles pour les maladies et les traitements.
Un mystère de longue date dans la science réside dans la façon dont plus de 100 millions de neurones individuels travaillent ensemble pour former un réseau qui constitue la base de qui nous sommes – chaque pensée, émotion et comportement humain.
Une initiative mondiale de cartographie du cerveau
Cartographier ces constellations de cellules et découvrir leur fonction sont des objectifs de longue date de 21 chercheurs.St cartographes moléculaires du siècle travaillant dans le monde entier dans le cadre du Instituts nationaux de la santé» du projet « Brain Initiative Cell Census Network ». L’objectif primordial de l’atlas est de contribuer au développement de la recherche en neurosciences. L’espoir du projet est qu’il permettra aux scientifiques de mieux comprendre les maladies du cerveau et les mystères médicaux difficiles à résoudre qui se cachent derrière des troubles tels que l’autisme et la dépression.
Des découvertes révolutionnaires
Aujourd’hui, une série de nouvelles études ont révélé les profils largement répandus du fonctionnement moléculaire interne du cerveau à un niveau et à une échelle sans précédent.
Dans le cadre des efforts visant à mieux comprendre l’évolution du cerveau chez les humains et les animaux, une équipe de recherche dirigée par des scientifiques de l’Arizona State University, de l’Université de Pennsylvanie, Université de Washingtonet l’Institut Brotman Baty a généré le plus grand atlas du cerveau des primates au monde.
« Cartographier où se trouvent les cellules et ce qu’elles font dans le cerveau des primates adultes est crucial à la fois pour comprendre l’évolution de la cognition et du comportement humains ainsi que pour identifier ce qui se passe lorsque les choses tournent mal et conduisent à des troubles neurologiques », a déclaré le co-auteur principal. Noah Snyder-Mackler, professeur agrégé à la School of Life Sciences et au Center for Evolution and Medicine de l’Arizona State University.
Leur objectif était d’identifier et d’examiner de nombreuses cellules cérébrales (neurones et non-neurones) et d’effectuer une analyse moléculaire complète à l’aide de technologies unicellulaires de pointe.
Pour ce faire, ils ont utilisé des échantillons provenant de 30 régions cérébrales différentes pour dessiner et construire, cellule par cellule, un nouvel atlas. Au total, la carte finale était composée d’un atlas de 4,2 millions de cellules du cerveau de primates adultes.
« Nos données, que nous avons rendues ouvertes et accessibles à la communauté scientifique et au grand public, représentent à ce jour l’atlas moléculaire multimodal le plus vaste et le plus complet chez un primate, et sont cruciales pour explorer comment les nombreuses cellules du cerveau s’unissent pour donner à la complexité comportementale des primates, y compris les humains », a déclaré le co-auteur principal Jay Shendure, professeur de sciences du génome à l’Université de Washington et directeur de l’Institut Brotman Baty.
« Ces données fourniront également une carte critique et indispensable des comportements sociaux et des maladies complexes liés à l’homme, ainsi que le substrat pour identifier les similitudes et les différences dans ces cellules et réseaux à travers espèces« , a déclaré Michael Platt, co-auteur principal, professeur aux départements de neurosciences, de psychologie et de marketing de l’Université de Pennsylvanie.
Approfondir : analyse multi-omique
Pour chaque noyau cellulaire, les scientifiques ont profilé l’expression des gènes (2,58 millions de transcriptomes) et une suite de gènes complémentaires. ADN régions régulatrices des gènes (1,59 millions d’épigénomes). Pris ensemble, ce type d’analyse « multi-omique » a permis aux auteurs d’étudier les schémas moléculaires qui constituent des types distincts de cellules cérébrales, offrant ainsi la possibilité d’étudier, et même de manipuler, les cellules clés plus en détail.
À partir des profils d’expression génique, ils ont pu identifier des centaines de types de cellules cérébrales moléculairement distinctes. Ils ont également découvert que la composition cellulaire différait considérablement à travers le cerveau, révélant des signatures cellulaires de fonctions spécifiques à une région, depuis les neurotransmetteurs impliqués dans la communication des cellules cérébrales jusqu’aux cellules de soutien qui aident à nourrir et à protéger le cerveau contre des maladies telles que Alzheimer.
Ils ont utilisé leurs données pour étudier un total de 53 phénotypes pertinents pour le risque de maladies, troubles, syndromes, comportements ou autres traits neurologiques. Leurs résultats ont capturé les rôles connus des classes cellulaires impliquées dans les maladies neurologiques, y compris les cellules liées aux accidents vasculaires cérébraux cardioemboliques ou ischémiques, la principale cause de décès neurologique chez l’homme.
Ils ont également découvert que les gènes liés à la maladie d’Alzheimer avaient tendance à appartenir à des régions régulatrices de l’ADN qui ne sont accessibles que dans les microglies, la principale cellule immunitaire du cerveau qui protège les neurones, ce qui concorde avec le rôle prédominant de la prolifération et de l’activation des microglies dans la maladie d’Alzheimer découvert à l’échelle du génome. études d’association (GWAS).
La plupart des régions régulatrices identifiées étaient nouvelles, ce qui a permis à l’équipe d’explorer l’architecture génétique du risque de maladie neurologique au niveau cellulaire. « Nous avons identifié de nombreuses associations entre le risque génétique de troubles neurologiques et les états épigénomiques de types de cellules spécifiques, dont certains n’avaient pas encore été connectés », a déclaré le co-auteur principal Kenneth Chiou, postdoctorant au Centre d’évolution et de médecine et à l’École de la vie. Sciences à l’ASU.
Un autre type de classe cellulaire, les cellules du panier, a été enrichi pour le plus grand nombre de phénotypes GWAS, notamment des troubles tels que la schizophrénie, le trouble bipolaire, le trouble dépressif majeur et, plus particulièrement, l’épilepsie. Ils ont également constaté un enrichissement des sites associés à la maladie de Parkinson parmi les régions ouvertes des classes de cellules gliales OPC, oligodendrocytes et astrocytes.
Enfin, ils ont découvert que les sites héréditaires associés au trouble déficitaire de l’attention/hyperactivité (TDAH) dans leur analyse ont été enrichis uniquement parmi les régions ouvertes des neurones épineux moyens. Les neurones à épines moyennes ont été associés à une hyperactivité comportementale et à une attention perturbée via l’activation de la synaptogenèse médiée par les astrocytes. Leurs résultats suggèrent que les neurones à épines moyennes pourraient constituer une nouvelle cible prometteuse pour de futures études liées au TDAH.
Ensemble, l’atlas « multi-omique » fournit désormais une ressource ouverte à la communauté mondiale des chercheurs pour approfondir ses recherches sur l’évolution du cerveau humain et identifier de nouvelles cibles pour les interventions contre les maladies.
