Les chercheurs, grâce à une collaboration massive soutenue par l’initiative BRAIN, dévoilent des études détaillées sur les structures cellulaires du cerveau humain et des primates, identifiant plus de 3 000 cellules cérébrales distinctes et contribuant au vaste projet Human Cell Atlas.
Vous disposez de plus de 3 000 types différents de cellules cérébrales et de davantage d’informations issues du plus grand atlas de cellules cérébrales humaines créé à ce jour.
Les scientifiques viennent de dévoiler un effort massif pour comprendre notre propre cerveau et celui de nos plus proches parents primates.
Dans une suite de 21 papiers publié le 12 octobre dans les revues Sciences (12), Avancées scientifiques (8)et Médecine translationnelle scientifique (1), un vaste consortium de chercheurs partage de nouvelles connaissances sur les cellules qui composent notre cerveau et celui d’autres primates. Il s’agit d’un grand pas en avant par rapport aux travaux publiés précédemment, avec des études et des données qui révèlent de nouvelles informations sur la composition cellulaire de notre système nerveux dans de nombreuses régions du cerveau et sur ce qui est distinctif du cerveau humain.
Le consortium de recherche est un effort concerté visant à comprendre le cerveau humain et sa nature modulaire et fonctionnelle. Il a été regroupé et est financé par le Instituts nationaux de la santéc’est Recherche sur le cerveau grâce à l’avancement des neurotechnologies innovantes® (CERVEAU). Des centaines de scientifiques du monde entier ont travaillé ensemble pour mener à bien une série d’études explorant la composition cellulaire du cerveau humain et de celle d’autres primates, et pour démontrer comment une nouvelle suite transformatrice de techniques évolutives peut être utilisée pour étudier l’organisation détaillée du cerveau. cerveau humain à une résolution sans précédent.
Comprendre notre cerveau au niveau cellulaire est essentiel pour comprendre comment notre cerveau fonctionne et qui nous sommes en tant qu’individu. espècesainsi que d’identifier plus précisément les racines cellulaires des maladies et troubles cérébraux – des connaissances qui pourraient à terme conduire à de meilleurs traitements pour ces maladies.
Des scientifiques de l’Allen Institute for Brain Science, une division de l’Allen Institute, ont dirigé cinq de ces études et apporté des contributions significatives à trois autres, notamment une étude qui élargit considérablement les connaissances existantes sur le nombre de types de cellules dans le cerveau humain adulte. . Des scientifiques de l’Institut Karolinska et de l’Institut Allen ont étudié les gènes activés dans les cellules cérébrales individuelles, une technique connue sous le nom de transcriptomique unicellulaire, révélant une étonnante diversité de types de cellules : nous avons plus de 3 000 types différents de cellules cérébrales.
L’enquêteur principal, Ed Lein, et le scientifique principal, Meanhwan Kim, observent des tissus cérébraux vivants sur une plate-forme multi-patchs, alors qu’ils se trouvent dans le laboratoire d’électrophysiologie de l’Institut Allen. Crédit : Erik Dinnel / Institut Allen
« Je considère cela comme un moment charnière dans les neurosciences, où les nouvelles technologies nous permettent désormais de comprendre l’organisation cellulaire très détaillée du cerveau humain et d’autres cerveaux de primates », a déclaré Ed Lein, Ph.D., chercheur principal à l’Allen Institute for Brain Science, qui a dirigé plusieurs des études récemment publiées. « À la base, cet ensemble de travaux est un triomphe de la biologie moléculaire : l’utilisation différentielle des gènes peut être utilisée pour définir les types de cellules, et les outils de la génomique pourraient être utilisés pour créer les premières ébauches de cartes annotées à haute résolution des cellules. qui composent tout le cerveau humain.
Les études abordent également une série de questions importantes telles que : Dans quelle mesure les cerveaux des individus sont-ils différents au niveau cellulaire ? Dans quelle mesure notre cerveau est-il différent de celui de nos plus proches parents singes ? Combien de types de cellules cérébrales avons-nous ? Quelles sont les propriétés de ces cellules ? Comment ces cellules émergent-elles et mûrissent-elles au cours du développement ?
S’appuyant sur des travaux antérieurs cartographiant les types de cellules cérébrales en haute résolution dans des régions uniques du cortex humain, l’enveloppe la plus externe du cerveau, le package récemment publié étend ces études à des dizaines, jusqu’à une centaine de régions dans l’ensemble du cerveau. Alors que les études sur une seule région ont révélé plus de 100 types de cellules cérébrales différents, les données récemment publiées montrent des milliers de types différents de cellules cérébrales dans l’ensemble du cerveau. Pour de nombreuses parties du cerveau, cette complexité et cette variété n’avaient jamais été décrites auparavant.
Ces études font partie du BRAIN Initiative Cell Census Network du NIH, ou BICCN, un programme de financement quinquennal lancé en 2017 pour créer un catalogue de types de cellules cérébrales. Cet ensemble de travaux a démontré l’évolutivité des approches cellulaires et moléculaires de pointe pour relever les défis liés à la taille et à la complexité du cerveau humain, et a préparé le terrain pour la prochaine phase de cet effort de recensement cellulaire. Cette prochaine phase, dont une partie est en cours à l’Allen Institute, permettra de créer des atlas beaucoup plus complets des cerveaux humains et d’autres primates grâce au réseau d’atlas cellulaires de l’initiative BRAIN, ou BICAN.
« La présente série d’études représente une réalisation historique qui continue de jeter un pont important vers l’éclairage de la complexité du cerveau humain au niveau cellulaire », a déclaré le Dr John Ngai, directeur de l’initiative NIH BRAIN. « Les collaborations scientifiques nouées dans le cadre du BICCN et qui se poursuivent dans la prochaine phase du BICAN font avancer le domaine à un rythme exponentiel ; les progrès – et les possibilités – ont été tout simplement époustouflants.
Les études sur les humains ont utilisé des tissus post-mortem provenant de personnes ayant fait don de leur cerveau à la science, ainsi que des tissus vivants sains provenant de patients ayant subi une opération chirurgicale au cerveau et ayant donné des tissus à la recherche.
Les données des études récemment publiées alimenteront également l’Atlas des cellules humaines, un effort international qui construit un atlas de référence complet des cellules de tous les organes, tissus et systèmes du corps humain.
Les cinq études dirigées par l’Allen Institute comprennent :
- Une exploration de la variabilité des types de cellules cérébrales entre les individus. Dans cette étude, les scientifiques ont examiné les cellules cérébrales en fonction des niveaux de gènes qu’elles activent dans une région du cortex, le gyrus temporal moyen, chez 75 donneurs adultes différents. Il s’agit de l’une des premières études sur le cerveau humain à comparer un grand nombre de personnes à l’aide de techniques unicellulaires. Les chercheurs ont découvert que même si nous disposons tous de la même liste de composants cellulaires de base, les proportions de certains types de cellules et les gènes activés dans ces cellules varient considérablement d’une personne à l’autre.
- Une comparaison des types de cellules cérébrales entre les humains et nos plus proches parents singes, les chimpanzés et les gorilles. Ces études révèlent que nous partageons la même architecture de base des types de cellules cérébrales avec nos proches cousins de l’évolution, mais qu’il existe des changements dans les gènes utilisés par ces types de cellules conservés. Plus précisément, de nombreux gènes impliqués dans les connexions entre les neurones et la formation de circuits dans le cerveau sont différents entre les humains et les autres primates. « Cela crée une explication plausible de la façon dont vous pourriez augmenter les capacités cognitives grâce à l’évolution, en connectant des circuits des mêmes types de cellules ou en modifiant le gain dans le système de manières légèrement différentes », a déclaré Lein.
- Une analyse approfondie comparant les cellules qui composent différentes régions du cortex humain, qui est le siège de bon nombre de nos fonctions cognitives d’ordre supérieur. Cette étude a examiné la variété des types de cellules dans différentes régions du cortex et a révélé que notre cortex visuel, où nous traitons ce que nous voyons, est beaucoup plus spécialisé et distinct que les autres régions, et plus spécialisé que le cortex visuel de la souris. Cette découverte est probablement liée au fait que les humains et les autres primates comptent davantage sur notre sens de la vue que de nombreux autres mammifères.
- Deux études analysent les propriétés des neurones inhibiteurs du néocortex humain en explorant leurs propriétés électriques et leurs formes 3D complexes ainsi que les gènes qu’ils activent, une approche nécessitant l’utilisation de tissus vivants obtenus lors de procédures neurochirurgicales pour traiter l’épilepsie incurable ou les tumeurs cérébrales. . Ces études fournissent des informations essentielles sur les caractéristiques des neurones humains, y compris plusieurs types trouvés chez l’homme et certains autres mammifères mais pas chez la souris, y compris les cellules d’églantier et les cellules à double bouquet nommées de manière descriptive.
Les recherches rapportées ici ont été soutenues par l’initiative National Institutes of Health Brain Research Through Advancing Innovative Neurotechnologies® (BRAIN). Le contenu relève de la seule responsabilité des auteurs et ne représente pas nécessairement les opinions officielles des National Institutes of Health.
