Se necesitan miles de millones de células para hacer un cerebro humano, y los científicos han luchado durante mucho tiempo para trazar un mapa de esta compleja red de neuronas. Ahora, decenas de equipos de investigación en todo el país, dirigidos en parte por científicos de Salk, han logrado avances en la creación de un atlas.del cerebro del ratón como primer paso hacia un atlas del cerebro humano.
Los investigadores, que colaboran como parte de la Red de Censos Celulares de la Iniciativa BRAIN del Instituto Nacional de Salud BICCN, informan los nuevos datos hoy en un número especial de la revista Naturaleza . Los resultados describen cómo se organizan y conectan los diferentes tipos de células en todo el cerebro del ratón.
"Nuestro primer objetivo es utilizar el cerebro del ratón como modelo para comprender realmente la diversidad de células en el cerebro y cómo están reguladas", dice el profesor de Salk e investigador del Instituto Médico Howard Hughes, Joseph Ecker, codirector de laBICCN. "Una vez que hayamos establecido las herramientas para hacer esto, podemos pasar a trabajar con cerebros de primates y humanos".
La iniciativa NIH Brain Research through Advancing Innovative Neurotechnologies® BRAIN es "un esfuerzo a gran escala que busca profundizar la comprensión del funcionamiento interno de la mente humana y mejorar la forma en que tratamos, prevenimos y curamos los trastornos del cerebro."Desde su financiamiento inicial en 2014, la Iniciativa BRAIN ha otorgado más de $ 1.8 mil millones en premios de investigación.
El BICCN, un subconjunto de la Iniciativa BRAIN, se enfoca específicamente en la creación de atlas cerebrales que describen la plétora completa de células, caracterizadas por muchas técnicas diferentes, en cerebros de mamíferos. Salk es una de las tres instituciones que recibieron premios U19para actuar como actores centrales en la generación de datos para el BICCN.
"Esta no es solo una guía telefónica para el cerebro", dice Margarita Behrens, profesora asociada de investigación de Salk que ayudó a dirigir los nuevos artículos del BICCN. "A largo plazo, para tratar las enfermedades cerebrales, debemos ser capaces de perfeccionarsaber exactamente qué tipos de células tienen problemas ".
El número especial de Naturaleza tiene un total de 17 artículos BICCN, incluidos cinco coautores de los investigadores de Salk que describen enfoques para estudiar las células cerebrales y nuevas caracterizaciones de subtipos de células cerebrales en ratones. Algunos aspectos destacados incluyen :
Mientras que otros artículos del número especial se relacionan con la función o estructura de las células cerebrales de los ratones, el trabajo dirigido por Ecker, Behrens y sus colegas se centra principalmente en la epigenómica de las células cerebrales de los ratones. Cada célula del cerebro de un ratón contiene lo mismosecuencia de ADN, pero las variaciones en la forma en que se regula este ADN, su llamado "epigenoma", le dan a las células su identidad única. La disposición de los grupos metilquímicos en la base de citosina en el ADN conocida como "metilación de citosina",que especifica cuándo los genes deben activarse o desactivarse, son una forma de regulación epigenómica que puede influir en gran medida en las enfermedades y la salud del cerebro.
En uno de los nuevos artículos, el equipo de Salk analizó 103,982 células cerebrales de ratón usando secuenciación de metilación de ADN de una sola célula. Este enfoque, desarrollado en el laboratorio de Ecker, permite a los investigadores estudiar el patrón de grupos químicos metílicos en cada hebra de ADN en el cerebro.células.
Cuando aplicaron la técnica a miles de células recolectadas de 45 regiones diferentes del cerebro del ratón, pudieron identificar 161 grupos de tipos de células, cada uno de los cuales se distingue por su patrón de metilación.
"Hasta ahora, ha habido un puñado de formas de describir las células cerebrales en función de su ubicación o su actividad eléctrica", dice Hanqing Liu, un estudiante de posgrado en el laboratorio Ecker y co-primer autor del artículo. "Nosotros 'Realmente he ampliado aquí la definición de tipo de célula y he utilizado la epigenómica para definir cientos de tipos de células potenciales ".
El equipo continuó demostrando que los patrones de metilación podrían usarse para predecir de dónde proviene una célula determinada en el cerebro, no solo dentro de regiones amplias sino hasta capas específicas de células dentro de una región. Esto significa que, eventualmente, los medicamentospodrían desarrollarse que actúen solo en pequeños grupos de células, apuntando a su epigenómica única.
En otro artículo, en coautoría del profesor Edward Callaway de Ecker y Salk, los investigadores estudiaron la asociación entre la metilación del ADN y las conexiones neuronales. El equipo desarrolló una nueva forma de aislar células que conectan regiones del cerebro y luego estudiar su metilación. Ellosutilizaron el enfoque en 11827 neuronas de ratón individuales, todas extendidas hacia afuera desde la corteza del ratón. Descubrieron que los patrones de metilación en las células se correlacionaban con los patrones de proyección destino de las células. Las neuronas que iban desde la corteza motora hasta el cuerpo estriado, porejemplo, tenía una epigenómica distinta de las neuronas que conectaban la corteza visual primaria y el tálamo.
"Las neuronas no funcionan de forma aislada, funcionan comunicándose entre sí, por lo que comprender cómo se establecen estas conexiones y cómo funcionan es realmente fundamental para comprender el cerebro", dice Zhuzhu Zhang, becario postdoctoral de Salk y co-primer autor del artículo con el estudiante graduado Jingtian Zhou, ambos miembros del laboratorio de Ecker.
Los investigadores dicen que los nuevos datos sobre las células del cerebro del ratón son simplemente el primer paso para crear un atlas completo del cerebro del ratón, y mucho menos del cerebro humano. Pero comprender qué diferencia los tipos de células es fundamental para la investigación futura y el cerebro futuro.terapéutica.
"En estos estudios fundamentales, estamos describiendo la 'lista de partes' del cerebro", dice Callaway. Tener esta lista de partes es revolucionario y abrirá un nuevo conjunto de oportunidades para estudiar el cerebro ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto Salk . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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