En un gran esfuerzo multiinstitucional liderado por la Universidad de California en San Diego, los investigadores analizaron más de un millón de células cerebrales humanas para producir mapas detallados de interruptores genéticos en tipos de células cerebrales y revelaron los vínculos entre tipos específicos de células y varios factores comunes. trastornos neuropsiquiátricos. El equipo también desarrolló herramientas de inteligencia artificial para predecir la influencia de variantes genéticas individuales de alto riesgo entre estas células y cómo pueden contribuir a la enfermedad.
El nuevo trabajo, publicado el 13 de octubre de 2023 en un número especial de Cienciaes parte de la Iniciativa de Investigación del Cerebro a través del Avance de Neurotecnologías Innovadoras del Instituto Nacional de Salud, o Iniciativa BRAIN, lanzada en 2014. La iniciativa tiene como objetivo revolucionar la comprensión del cerebro de los mamíferos, en parte, mediante el desarrollo de nuevas neurotecnologías para caracterizar las células neurales. tipos.
Cada célula del cerebro humano contiene la misma secuencia de ADN, pero los diferentes tipos de células utilizan genes diferentes y en cantidades diferentes. Esta variación produce muchos tipos diferentes de células cerebrales y contribuye a la complejidad de los circuitos neuronales. Aprender en qué se diferencian estos tipos de células a nivel molecular es fundamental para comprender cómo funciona el cerebro y desarrollar nuevas formas de tratar enfermedades neuropsiquiátricas.
«El cerebro humano no es homogéneo», dijo el autor principal Bing Ren, PhD, profesor de la Facultad de Medicina de UC San Diego. «Está formado por una red enormemente compleja de neuronas y células no neuronales, cada una de las cuales cumple funciones diferentes. Mapear los diferentes tipos de células en el cerebro y comprender cómo trabajan juntas nos ayudará en última instancia a descubrir nuevas terapias que puedan apuntar a individuos tipos de células relevantes para enfermedades específicas».
En el nuevo estudio, los investigadores analizaron más de 1,1 millones de células cerebrales en 42 regiones cerebrales distintas de tres cerebros humanos. Identificaron 107 subtipos diferentes de células cerebrales y pudieron correlacionar aspectos de su biología molecular con una amplia gama de enfermedades neuropsiquiátricas, incluidas la esquizofrenia, el trastorno bipolar, la enfermedad de Alzheimer y la depresión mayor. Luego, los investigadores utilizan estos datos para crear modelos de aprendizaje automático para predecir cómo ciertas variaciones de secuencia en el ADN pueden influir en la regulación genética y contribuir a la enfermedad.
Si bien estos nuevos resultados ofrecen información importante sobre el cerebro humano y su patología, los científicos aún están lejos de terminar con el mapeo del cerebro. En 2022, UC San Diego se unió al Instituto Salk y otros para lanzar un Centro de Atlas Multiómico de Células Cerebrales Humanas, cuyo objetivo es estudiar células de más de una docena de cerebros humanos y plantear preguntas sobre cómo cambia el cerebro durante el desarrollo, a lo largo de la vida de las personas y con enfermedad.
«Ampliar nuestro trabajo a un nivel aún mayor de detalle en un mayor número de cerebros nos acercará un paso más a la comprensión de la biología de los trastornos neuropsiquiátricos y cómo se pueden rehabilitar», dijo Ren.
Los autores principales del estudio incluyen: Yang Eric Li, Sebastian Preissl, Michael Miller, Zihan Wang, Henry Jiao, Chenxu Zhu, Zhaoning Wang, Yang Xie, Olivier Poirion, Colin Kern, Lin Lin, Qian Yang, Quan Zhu, Nathan Zemke. , Sarah Espinoza, Jingbo Shang y Allen Wang en UC San Diego, Nicholas D. Johnson Antonio Pinto-Duarte, Wei Tian Nora Emerson, Julia Osteen, Jacinta Lucero, M. Margarita Behrens y Joseph R. Ecker en el Instituto Salk de Estudios Biológicos , Kimberly Silett y Sten Linnarsson del Instituto Karolinksa Anna Marie Yanny, Julie Nyhus, Nick Dee, Tamara Casper, Nadiya Shapovalova, Daniel Hirschstein, Rebecca D. Hodge Trygve Bakken, Boaz Levi y Ed Lein del Instituto Allen de Ciencias del Cerebro y C. Dirk Keene en la Universidad de Washington Seattle.
El estudio fue apoyado por los Institutos Nacionales de Salud (subvenciones UM1MH130994, U01MH114812, U54HG012510 y S10 OD026929), la Fundación Nacional de Ciencias (subvención OIA-2040727); la Nancy and Buster Alford Endowment, la Life Sciences Research Foundation, así como donaciones de Google, Adobe y Teradata.
