Les chercheurs ont cartographié plus de 2,3 millions de cellules cérébrales de souris, mettant ainsi en lumière la façon dont les différents types de cellules cérébrales se forment grâce à la régulation génique. Ce travail, qui fait partie d’un effort plus vaste visant à créer un atlas détaillé des cellules cérébrales, a des implications significatives pour la compréhension du fonctionnement cérébral et le traitement des troubles neuropsychiatriques.
Les chercheurs de l’UC San Diego traduisent le langage des cellules cérébrales, ce qui les aide à comprendre ce qui ne va pas dans les maladies du cerveau.
Malgré que toutes nos cellules partagent la même chose ADN, il existe des milliers de types de cellules différents dans le cerveau humain, chacun ayant une structure et une fonction uniques. Un problème de longue date en neurosciences consiste à déterminer comment les gènes sont activés et désactivés pour former la mosaïque de différents types de cellules dans le cerveau. Aujourd’hui, des scientifiques de la faculté de médecine de l’Université de Californie à San Diego ont publié deux nouvelles études qui nous rapprochent de la résolution de ce mystère.
Des études innovantes dévoilent les secrets génétiques du cerveau
Les chercheurs ont analysé plus de 2,3 millions de cellules cérébrales individuelles provenant de souris pour créer une carte complète du cerveau de la souris et ont utilisé l’intelligence artificielle pour aider à prédire quelles portions d’ADN sont utilisées pour déterminer le type de cellule cérébrale. Les chercheurs ont également étudié le cerveau des humains et des primates pour étudier l’évolution des processus utilisés par les cellules pour activer et désactiver les gènes. Les résultats seront publiés le 14 décembre 2023 dans une édition spéciale de la revue Nature.
Bing Ren, PhD, est professeur au Département de médecine cellulaire et moléculaire de la faculté de médecine de l’UC San Diego. Crédit : Sciences de la santé de l’UC San Diego
Comprendre le langage moléculaire du cerveau
« L’ADN d’une cellule est comme son langage », a déclaré l’auteur principal Bing Ren, PhD, professeur à la faculté de médecine de l’UC San Diego. « Tout comme il existe certaines racines de mots communes à de nombreuses langues, il existe certains gènes et modèles d’expression génique qui sont conservés dans différentes langues. espèces. Apprendre à comprendre et à interpréter le langage moléculaire du cerveau peut nous aider à en apprendre davantage sur le fonctionnement général du cerveau et sur ce qui lui arrive dans des conditions neuropsychiatriques.
Atlas complet des cellules cérébrales et initiative BRAIN
Les deux nouveaux articles font partie d’un ensemble de 10 études décrivant le premier atlas complet des types de cellules d’un cerveau de mammifère, dirigé par des chercheurs de l’UC San Diego, du Salk Institute for Biological Studies, de l’Allen Institute for Brain Science et d’autres institutions. La recherche fait partie du Instituts nationaux de la santéL’initiative Brain Research Through Advancing Innovative Neurotechnologies®, ou BRAIN Initiative®, a été lancée en 2014 pour approfondir notre compréhension du fonctionnement interne de l’esprit humain et améliorer la façon dont nous traitons, prévenons et guérissons les troubles cérébraux.
« Ce travail nous aide à établir une compréhension de base de ce à quoi ressemble le cerveau au niveau cellulaire », a déclaré Ren. « Cela permettra d’établir des comparaisons entre notre base de référence et des cerveaux atteints de troubles neurologiques et psychiatriques. Étudier le cerveau de cette façon pourrait nous aider à découvrir de nouvelles approches thérapeutiques pour ces pathologies.
Joseph Ecker, Ph.D. est professeur et directeur du laboratoire d’analyse génomique du Salk Institute for Biological Studies. Crédit : Institut Salk d’études biologiques
Le réseau de recensement cellulaire et ses résultats
L’un des projets les plus ambitieux de la Brain Initiative est le Cell Census Network (BICNN), qui vise à décrire les cellules du cerveau humain avec des détails moléculaires sans précédent, en les classant en sous-types plus précis, en identifiant leur emplacement dans le cerveau et en suivant l’évolution des caractéristiques cellulaires. au cours d’une vie. Plus tôt cette année, Ren et d’autres scientifiques du BICCN ont publié un atlas du cerveau humain, le premier en son genre, qui a identifié plus d’une centaine de types de cellules cérébrales. Leur nouvel atlas du cerveau de souris complète ces travaux et les développe en établissant des comparaisons entre les cerveaux de différentes espèces.
Par exemple, en comparant le cerveau des souris avec celui des humains et des primates non humains, les chercheurs ont découvert que les modèles d’expression génique spécifiques à chaque type de cellule évoluent beaucoup plus rapidement que les modèles partagés entre les types de cellules. Cela pourrait aider à expliquer pourquoi il existe tant de types de cellules différents dans le cerveau.
« Les humains ont évolué sur des millions d’années, et une grande partie de cette histoire évolutive est partagée avec d’autres animaux », a déclaré Joseph Ecker, PhD, professeur à l’Institut Salk d’études biologiques qui a codirigé l’une des nouvelles études avec Ren. « Les données provenant uniquement des humains ne suffiront jamais à nous dire tout ce que nous voulons savoir sur le fonctionnement du cerveau. En comblant ces lacunes avec d’autres espèces de mammifères, nous pouvons continuer à répondre à ces questions et améliorer les modèles d’apprentissage automatique que nous utilisons en leur fournissant davantage de données. »
Pertinence pour les maladies humaines
Même si l’Initiative BRAIN et le BICCN sont encore des projets en cours, certaines connaissances s’avèrent déjà pertinentes pour les maladies humaines. Par exemple, les chercheurs ont découvert que bon nombre des programmes génétiques qui déterminent le type de cellule se trouvaient dans des parties du génome déjà impliquées dans des maladies humaines, telles que la sclérose en plaques, l’anorexie mentale et le trouble lié au tabagisme. Cela pourrait aider à faire la lumière sur la manière dont les troubles neuropsychiatriques affectent le cerveau.
« Le cerveau n’est pas homogène et les maladies n’affectent pas toutes les parties du cerveau de la même manière », a déclaré Ren. « Les enseignements de cette recherche et de l’initiative BRAIN dans son ensemble nous aident à mieux comprendre quels types de cellules sont affectés dans des maladies spécifiques. Nous espérons que cela ouvrira la voie à des thérapies plus précises et ciblées, capables de guérir les cellules malades sans affecter le reste du cerveau.
Lien complet vers la première étude :
Les co-auteurs de la première étude sont : Songpeng Zu, Yang Eric Li, Kangli Wang, Ethan Armand, Sainath Mamde, Maria Luisa Amaral, Yuelai Wang, Andre Chu, Yang Xie, Michael Miller, Jie Xu, Zhaoning Wang, Kai Zhang, Bojing Jia, Xiaomeng Hou, Bin Li, Samantha Kuan, Zihan Wang, Jingbo Shang, Allen Wang et Sebastian Preissl à l’UC San Diego, Hanqing Liu, Jingtian Zhou, Antonio Pinto-Duarte, Jacinta Lucero, Julia Osteen, Michael Nunn et M Margarita Behrens du Salk Institute for Biological Studies, et Kimberly A. Smith, Bosiljka Tasic, Zizhen Yao et Hongkui Zeng de l’Allen Institute for Brain Science.
La première étude a été financée en partie par la NIH BRAIN Initiative (subventions U19MH114831 et U19MH114830).
Les co-auteurs de la deuxième étude incluent : Nathan R. Zemke, Ethan J Armand, Seoyeon Lee, Jingtian Zhou, Yang Eric Li, Daofeng Li, Xiaoyu Zhuo, Vincent Xu et Michael Miller à l’UC San Diego, Wenliang Wang Hanqing Liu, Wei Tian, Joseph R. Nery, Rosa G Castanon, Anna Bartlett, Julia K. Osteen, Edward M. Callaway, Margarita Behrens et Joseph R. Ecker du Salk Institute for Biological Studies, Daofeng Li, Xiaoyu Zhuo, Vincent Xu et Ting Wang à la faculté de médecine de l’Université de Washington, Fenna M. Krienen à université de PrincetonQiangge Zhang et Guoping Feng du Broad Institute of MIT et Harvard, Naz Taskin, Jonathan Ting et Ed S. Lein de l’Allen Institute for Brain Science et Steven A. McCarroll de la Harvard Medical School.
La deuxième étude a été financée en partie par la NIH BRAIN Initiative (subventions U19MH11483, U19MH114831-04s1, 5U01MH121282 et UM1HG011585).
