Decodificando los trastornos neuropsiquiátricos con el Atlas de células del cerebro humano

Los investigadores mapean los interruptores genéticos y los tipos de células cerebrales asociados con la esquizofrenia, el trastorno bipolar, Alzheimer enfermedad y depresión mayor.

En un gran esfuerzo multiinstitucional liderado por la Universidad de California en San Diego (UCSD), 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 vínculos entre tipos de células específicas y diversas Trastornos neuropsiquiátricos comunes. El equipo también desarrolló herramientas de inteligencia artificial para predecir la influencia de variantes genéticas individuales de alto riesgo entre estas células y cómo podrían contribuir a la enfermedad.

La iniciativa BRAIN y su objetivo

Esta innovadora investigación, presentada en un número especial de Ciencia el 13 de octubre de 2023, es parte de la iniciativa Investigación del cerebro mediante el 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 nuevos Neurotecnologías para la caracterización de tipos de células neurales.

Comprender las diferencias celulares

Cada célula del cerebro humano contiene la misma secuencia de ADN, pero diferentes tipos de células utilizan diferentes genes y en diferentes cantidades. 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.

La complejidad del cerebro humano

«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 desempeña funciones diferentes. Mapear los diferentes tipos de células en el cerebro y comprender cómo funcionan juntas nos ayudará en última instancia a descubrir nuevas terapias que puedan apuntar a tipos de células individuales relevantes para enfermedades específicas».

Principales resultados del estudio.

En el nuevo estudio, el equipo de investigadores analizó 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.

Investigación continua y esfuerzos futuros.

Aunque estos nuevos hallazgos ofrecen información importante sobre el cerebro humano y sus patologías, los científicos aún están lejos de haber completado 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.

«Llevar nuestro trabajo a un nivel de detalle aún mayor en más cerebros nos acercará un paso más a la comprensión de la biología de los trastornos neuropsiquiátricos y cómo se pueden rehabilitar», dijo Ren.

Referencia: “Un atlas comparativo de la accesibilidad a la cromatina unicelular en el cerebro humano” por Yang Eric Li, Sebastian Preissl, Michael Miller, Nicholas D. Johnson, Zihan Wang, Henry Jiao, Chenxu Zhu, Zhaoning Wang, Yang Xie, Olivier Poirion , Colin Kern, Antonio Pinto-Duarte, Wei Tian, ​​​​Kimberly Siletti, Nora Emerson, Julia Osteen, Jacinta Lucero, Lin Lin, Qian Yang, Quan Zhu, Nathan Zemke, Sarah Espinoza, Anna Marie Yanny, Julie Nyhus, Nick Dee , Tamara Casper, Nadiya Shapovalova, Daniel Hirschstein, Rebecca D. Hodge, Sten Linnarsson, Trygve Bakken, Boaz Levi, C. Dirk Keene, Jingbo Shang, Ed Lein, Allen Wang, M. Margarita Behrens, Joseph R. Ecker y Bing Ren, 13 de octubre de 2023, Ciencia.
DOI: 10.1126/ciencia.adf7044

Los coautores 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 en el 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 en el Instituto Allen de Ciencias del Cerebro y C .Dirk Keene a Universidad de Washington Seattle.

El estudio fue apoyado por Instituto Nacional 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.