Mappe cellulari incredibilmente dettagliate aiutano ad aprire la strada a una nuova generazione di trattamenti
Un gruppo di scienziati internazionali ha mappato la composizione genetica, cellulare e strutturale del cervello umano e del cervello dei primati non umani. Questa comprensione della struttura cerebrale, ottenuta grazie ai finanziamenti attraverso la Brain Research Through Advancing Innovative Neurotechnologies ® Initiative del National Institutes of Health , o The BRAIN Initiative® , consente una conoscenza più approfondita delle basi cellulari delle funzioni e disfunzioni cerebrali, contribuendo a spianare la strada a una nuova generazione di terapie di precisione per persone con disturbi mentali e altri disturbi del cervello. I risultati compaiono in un compendio di 24 articoli di Science , Science Advances e Science Translational Medicine .
“La mappatura del panorama cellulare del cervello è un passo fondamentale verso la comprensione di come funziona questo organo vitale in salute e in malattia”, ha affermato Joshua A. Gordon, MD, Ph.D. , direttore dell’Istituto Nazionale di Salute Mentale. “Questi nuovi atlanti cellulari dettagliati del cervello umano e del cervello dei primati non umani offrono una base per la progettazione di nuove terapie che possano colpire le cellule cerebrali e i circuiti specifici coinvolti nei disturbi cerebrali”.
I 24 articoli contenuti in quest’ultima raccolta del BRAIN Initiative Cell Census Network (BICCN) descrivono in dettaglio la diversità eccezionalmente complessa delle cellule nel cervello umano e nel cervello dei primati non umani. Gli studi identificano somiglianze e differenze nel modo in cui sono organizzate le cellule e nel modo in cui i geni sono regolati nel cervello umano e nel cervello dei primati non umani. Per esempio:
- Tre articoli della raccolta presentano il primo atlante delle cellule del cervello umano adulto, mappando il panorama trascrizionale ed epigenomico del cervello. Il trascrittoma è l’insieme completo di letture dei geni in una cellula, che contiene le istruzioni per produrre proteine ??e altri prodotti cellulari. L’epigenoma si riferisce alle modifiche chimiche del DNA e dei cromosomi di una cellula che alterano il modo in cui viene espressa l’informazione genetica della cellula.
- In un altro articolo, un confronto tra le proprietà cellulari e molecolari del cervello umano e di diversi cervelli di primati non umani (cervelli di scimpanzé, gorilla, macaco e marmoset) ha rivelato chiare somiglianze nei tipi, nelle proporzioni e nell’organizzazione spaziale delle cellule nella corteccia cerebrale. degli esseri umani e dei primati non umani. L’esame dell’espressione genetica delle cellule corticali nelle varie specie suggerisce che cambiamenti relativamente piccoli nell’espressione genetica nella linea genetica umana hanno portato a cambiamenti nel cablaggio neuronale e nella funzione sinaptica che probabilmente hanno consentito una maggiore plasticità cerebrale negli esseri umani, supportando la capacità del cervello umano di adattarsi, apprendere e cambiare.
- Uno studio che esplora come le cellule variano nelle diverse regioni del cervello negli uistitì ha trovato un legame tra le proprietà delle cellule nel cervello adulto e le proprietà di quelle cellule durante lo sviluppo. Il collegamento suggerisce che la programmazione dello sviluppo è incorporata nelle cellule quando si formano e vengono mantenute fino all’età adulta e che alcune proprietà cellulari osservabili in un adulto potrebbero avere origine molto presto nella vita. Questa scoperta potrebbe portare a nuove conoscenze sullo sviluppo e sul funzionamento del cervello nel corso della vita.
- Un’esplorazione dell’anatomia e della fisiologia dei neuroni nello strato più esterno della neocorteccia – parte del cervello coinvolta in funzioni di ordine superiore come la cognizione, i comandi motori e il linguaggio – ha rivelato differenze nel cervello umano e nel cervello del topo che suggeriscono questo. La regione potrebbe essere un hotspot evolutivo, con cambiamenti negli esseri umani che riflettono le più elevate esigenze di regolazione dei circuiti cerebrali più complessi degli esseri umani.
Lo scopo principale del BICCN, uno sforzo innovativo per comprendere la composizione cellulare del cervello, è quello di sviluppare un inventario completo delle cellule del cervello: dove si trovano, come si sviluppano, come lavorano insieme e come regolano la loro attività. per comprendere meglio come i disturbi cerebrali si sviluppano, progrediscono e vengono trattati al meglio.
“Questa serie di studi rappresenta un risultato fondamentale nell’illuminare la complessità del cervello umano a livello cellulare”, ha affermato John Ngai, Ph.D. , direttore dell’iniziativa NIH BRAIN. “Le collaborazioni scientifiche avviate attraverso la BICCN stanno spingendo il campo in avanti a un ritmo esponenziale; i progressi e le possibilità sono stati semplicemente mozzafiato”.
Il censimento dei tipi di cellule cerebrali nel cervello umano e nel cervello dei primati non umani presentato in questa raccolta di documenti costituisce un passo fondamentale verso lo sviluppo delle cure cerebrali del futuro. I risultati gettano le basi anche per il BRAIN Initiative Cell Atlas Network , un progetto trasformativo che, insieme ad altri due progetti su larga scala – il BRAIN Initiative Connectivity Across Scales e l’ Armamentarium for Precision Brain Cell Access – mira a rivoluzionare la ricerca neuroscientifica illuminando principi fondamentali che governano la base circuitale del comportamento e informano nuovi approcci al trattamento dei disturbi del cervello umano.
Sovvenzioni: progetti finanziati attraverso la rete di censimento cellulare dell’iniziativa NIH BRAIN
Informazioni sull’Istituto Nazionale di Salute Mentale (NIMH): La missione del NIMH è trasformare la comprensione e il trattamento delle malattie mentali attraverso la ricerca clinica e di base, aprendo la strada alla prevenzione, al recupero e alla cura. Per ulteriori informazioni, visitare il sito web dell’NIMH .
L’iniziativa NIH BRAIN è gestita da 10 istituti e centri le cui missioni e attuali portafogli di ricerca completano gli obiettivi dell’iniziativa BRAIN ® : Centro nazionale per la salute complementare e integrativa, National Eye Institute, National Institute on Aging, National Institute on Alcohol Abuse and Alcoholism , Istituto nazionale di imaging biomedico e bioingegneria, Istituto nazionale per la salute infantile e lo sviluppo umano Eunice Kennedy Shriver, Istituto nazionale per l’abuso di droghe, Istituto nazionale per la sordità e altri disturbi della comunicazione, Istituto nazionale per la salute mentale e Istituto nazionale per i disturbi neurologici e l’ictus .
Riferimenti
Maroso, M. (2023). Una ricerca nel cervello umano. Science. http://www.science.org/doi/10.1126/science.adl0913