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Num grande esforço multi-institucional liderado pela Universidade da Califórnia em San Diego, investigadores analisaram mais de um milhão de células cerebrais humanas para produzir mapas detalhados de mudanças genéticas em tipos de células cerebrais e revelaram as ligações entre tipos específicos de células e vários tipos comuns de células. distúrbios neuropsiquiátricos. A equipe também desenvolveu ferramentas de inteligência artificial para prever a influência de variantes genéticas individuais de alto risco entre essas células e como elas podem contribuir para doenças.
O novo trabalho, publicado em 13 de outubro de 2023 em edição especial da Ciênciafaz parte da Iniciativa de Pesquisa do Cérebro do Instituto Nacional de Saúde por meio do Avanço de Neurotecnologias Inovadoras, ou Iniciativa BRAIN, lançada em 2014. A iniciativa visa revolucionar a compreensão do cérebro dos mamíferos, em parte, por meio do desenvolvimento de novas neurotecnologias para caracterizar células neurais. tipos.
Cada célula do cérebro humano contém a mesma sequência de DNA, mas diferentes tipos de células usam genes diferentes e em quantidades diferentes. Esta variação produz muitos tipos diferentes de células cerebrais e contribui para a complexidade dos circuitos neurais. Aprender como esses tipos de células diferem em nível molecular é fundamental para compreender como o cérebro funciona e desenvolver novas maneiras de tratar doenças neuropsiquiátricas.
“O cérebro humano não é homogêneo”, disse o autor sênior Bing Ren, PhD, professor da Escola de Medicina da UC San Diego. “É composto por uma rede extremamente complexa de neurônios e células não neuronais, cada uma desempenhando funções diferentes. Mapear os diferentes tipos de células no cérebro e compreender como elas funcionam juntas nos ajudará a descobrir novas terapias que podem atingir indivíduos tipos de células relevantes para doenças específicas.”
No novo estudo, os pesquisadores analisaram mais de 1,1 milhão de células cerebrais em 42 regiões cerebrais distintas de três cérebros humanos. Eles identificaram 107 subtipos diferentes de células cerebrais e foram capazes de correlacionar aspectos de sua biologia molecular a uma ampla gama de doenças neuropsiquiátricas, incluindo esquizofrenia, transtorno bipolar, doença de Alzheimer e depressão grave. Os pesquisadores então usam esses dados para criar modelos de aprendizado de máquina para prever como certas variações de sequência no DNA podem influenciar a regulação genética e contribuir para doenças.
Embora estes novos resultados ofereçam informações significativas sobre o cérebro humano e a sua patologia, os cientistas ainda estão longe de terminar o mapeamento do cérebro. Em 2022, a UC San Diego juntou-se ao Salk Institute e outros no lançamento de um Center for Multiomic Human Brain Cell Atlas, que visa estudar células de mais de uma dúzia de cérebros humanos e fazer perguntas sobre como o cérebro muda durante o desenvolvimento, ao longo da vida das pessoas e com doença.
“Ampliar o nosso trabalho para um nível ainda maior de detalhe num número maior de cérebros nos aproximará um passo da compreensão da biologia dos distúrbios neuropsiquiátricos e de como eles podem ser reabilitados”, disse Ren.
Os co-autores do estudo incluem: 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 e Allen Wang na UC San Diego, Nicholas D. Johnson Antonio Pinto-Duarte, Wei Tian Nora Emerson, Julia Osteen, Jacinta Lucero, M. Margarita Behrens e Joseph R. Ecker no Salk Institute for Biological Studies , Kimberly Silett e Sten Linnarsson do Instituto Karolinksa Anna Marie Yanny, Julie Nyhus, Nick Dee, Tamara Casper, Nadiya Shapovalova, Daniel Hirschstein, Rebecca D. Hodge Trygve Bakken, Boaz Levi e Ed Lein do Allen Institute of Brain Science e C. Dirk Keene, da Universidade de Washington, Seattle.
O estudo foi apoiado pelos Institutos Nacionais de Saúde (concessões UM1MH130994, U01MH114812, U54HG012510 e S10 OD026929), pela National Science Foundation (concessão OIA-2040727); o Nancy and Buster Alford Endowment, a Life Sciences Research Foundation, bem como doações do Google, Adobe e Teradata.
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