Nghiên cứu Y - Dược Chủ nhật, ngày 24/10/2021

Các nhà khoa học thần kinh phát hành tập bản đồ toàn diện đầu tiên của tế bào não

Trong khi các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra nhiều loại tế bào trong não, tập bản đồ của tất cả các loại tế bào trong một khu vực - vỏ não vận động chính - là danh sách toàn diện đầu tiên và là điểm khởi đầu để truy tìm các mạng tế bào để hiểu cách chúng kiểm soát cơ thể và tâm trí của chúng ta và làm thế nào họ bị gián đoạn trong các rối loạn tâm thần và thể chất.
Ảnh minh họa
Ảnh minh họa
Khi bạn nhấp vào để đọc câu chuyện này, một dải tế bào trên đỉnh não của bạn sẽ gửi tín hiệu xuống cột sống và đến bàn tay của bạn để yêu cầu các cơ ở ngón trỏ nhấn xuống với một lực vừa phải để kích hoạt chuột của bạn. hoặc track pad.

Một loạt các nghiên cứu mới hiện nay cho thấy khu vực não chịu trách nhiệm khởi xướng hành động này - vỏ não vận động chính, nơi kiểm soát chuyển động - có tới 116 loại tế bào khác nhau cùng hoạt động để thực hiện điều này.

17 nghiên cứu, xuất hiện trực tuyến vào ngày 6 tháng 10 trên tạp chí Nature , là kết quả của 5 năm làm việc của một nhóm các nhà nghiên cứu khổng lồ được hỗ trợ bởi Sáng kiến ​​Nghiên cứu Não bộ của Viện Y tế Quốc gia Thông qua Cải tiến Công nghệ Thần kinh Sáng tạo (BRAIN) để xác định vô số các loại tế bào khác nhau trong một phần của não. Đây là bước đầu tiên trong một dự án dài hạn nhằm tạo ra một tập bản đồ của toàn bộ não để giúp hiểu cách mạng lưới thần kinh trong đầu kiểm soát cơ thể và tâm trí của chúng ta và chúng bị gián đoạn như thế nào trong các trường hợp có vấn đề về tinh thần và thể chất.

"Nếu bạn nghĩ bộ não như một cỗ máy cực kỳ phức tạp, làm sao chúng ta có thể hiểu được nó mà không cần chia nhỏ nó ra và biết các bộ phận trước tiên?" đã hỏi nhà khoa học thần kinh tế bào Helen Bateup, Đại học California, Berkeley, phó giáo sư sinh học phân tử và tế bào và đồng tác giả của bài báo hàng đầu tổng hợp kết quả của các bài báo khác. "Trang đầu tiên của bất kỳ sách hướng dẫn nào về cách não bộ hoạt động nên đọc: Đây là tất cả các thành phần tế bào, đây là số lượng chúng ở đó, đây là vị trí của chúng và chúng kết nối với ai."

Các nhà nghiên cứu cá nhân trước đây đã xác định hàng chục loại tế bào dựa trên hình dạng, kích thước, đặc tính điện và gen nào được biểu hiện trong chúng. Các nghiên cứu mới xác định nhiều loại tế bào hơn khoảng năm lần, mặc dù nhiều loại là loại phụ của các loại tế bào nổi tiếng. Ví dụ, các tế bào giải phóng chất dẫn truyền thần kinh cụ thể, như axit gamma-aminobutyric (GABA) hoặc glutamate, mỗi tế bào có hơn một chục loại phụ có thể phân biệt với nhau bằng biểu hiện gen và kiểu kích hoạt điện của chúng.

Trong khi các bài báo hiện tại chỉ đề cập đến vỏ não vận động, Mạng lưới Điều tra Tế bào Sáng kiến ​​BRAIN (BICCN) - được tạo ra vào năm 2017 - đã nỗ lực lập bản đồ tất cả các loại tế bào khác nhau trong não, bao gồm hơn 160 tỷ tế bào riêng lẻ, cả hai tế bào thần kinh. và hỗ trợ các tế bào được gọi là glia. Sáng kiến ​​BRAIN được đưa ra vào năm 2013 bởi Tổng thống khi đó là Barack Obama.

"Khi chúng ta đã xác định được tất cả các bộ phận đó, chúng ta có thể nâng cao trình độ và bắt đầu hiểu cách các bộ phận đó hoạt động cùng nhau, cách chúng tạo thành một mạch chức năng, cách mà cuối cùng tạo ra nhận thức và hành vi và những thứ phức tạp hơn nhiều", Bateup nói.


Cùng với cựu giáo sư Đại học UC Berkeley John Ngai, Bateup và đồng nghiệp Đại học UC Berkeley, Dirk Hockemeyer đã sử dụng CRISPR-Cas9 để tạo ra những con chuột trong đó một loại tế bào cụ thể được gắn nhãn bằng điểm đánh dấu huỳnh quang, cho phép chúng theo dõi các kết nối mà các tế bào này tạo ra trong não. . Đối với bài báo hàng đầu, nhóm Berkeley đã tạo ra hai dòng chuột phóng viên "gõ cửa" cung cấp các công cụ mới để chiếu sáng các kết nối của các loại tế bào mới được xác định, cô nói.

"Một trong những hạn chế của chúng tôi trong việc phát triển các liệu pháp hiệu quả cho chứng rối loạn não bộ ở người là chúng tôi không biết đủ về những tế bào và kết nối nào đang bị ảnh hưởng bởi một căn bệnh cụ thể và do đó không thể xác định chính xác những gì và nơi chúng tôi cần nhắm mục tiêu ", ông Ngai, người lãnh đạo các nỗ lực Sáng kiến ​​Não bộ của UC Berkeley trước khi được khai thác vào năm ngoái để chỉ đạo toàn bộ sáng kiến ​​quốc gia. "Thông tin chi tiết về các loại tế bào tạo nên não và đặc tính của chúng cuối cùng sẽ cho phép phát triển các liệu pháp mới cho các bệnh thần kinh và tâm thần kinh."

Ngãi là một trong 13 tác giả tương ứng của bài báo hàng đầu, có hơn 250 đồng tác giả.

Bateup, Hockemeyer và Ngai đã hợp tác trong một nghiên cứu trước đó để xác định hồ sơ tất cả các gen hoạt động trong các tế bào sản xuất dopamine đơn lẻ trong não giữa của chuột, có cấu trúc tương tự như não người. Kỹ thuật lập hồ sơ tương tự này, bao gồm việc xác định tất cả các phân tử RNA thông tin cụ thể và mức độ của chúng trong mỗi tế bào, đã được các nhà nghiên cứu BICCN khác sử dụng để lập hồ sơ các tế bào trong vỏ não vận động. Loại phân tích này, sử dụng một kỹ thuật được gọi là giải trình tự RNA đơn bào, hoặc scRNA-seq, được gọi là phiên mã.

Kỹ thuật scRNA-seq là một trong gần chục phương pháp thử nghiệm riêng biệt được nhóm BICCN sử dụng để mô tả đặc điểm của các loại tế bào khác nhau ở ba loài động vật có vú khác nhau: chuột, marmoset và người. Bốn trong số này liên quan đến các cách khác nhau để xác định mức độ biểu hiện gen và xác định cấu trúc nhiễm sắc thể của bộ gen và tình trạng methyl hóa DNA, được gọi là epigenome. Các kỹ thuật khác bao gồm bản ghi kẹp miếng vá điện sinh lý cổ điển để phân biệt các tế bào bằng cách chúng kích hoạt điện thế hoạt động, phân loại tế bào theo hình dạng, xác định khả năng kết nối của chúng và xem xét vị trí của các tế bào trong không gian trong não. Một số trong số này đã sử dụng máy học hoặc trí tuệ nhân tạo để phân biệt các loại tế bào.

Hockemeyer nói: “Đây là mô tả toàn diện nhất về các loại tế bào này, với độ phân giải cao và các phương pháp luận khác nhau. "Kết luận của bài báo là có sự trùng lặp và nhất quán đáng kể trong việc xác định loại tế bào bằng các phương pháp khác nhau này."

Một nhóm các nhà thống kê đã kết hợp dữ liệu từ tất cả các phương pháp thử nghiệm này để xác định cách tốt nhất để phân loại hoặc phân cụm tế bào thành các loại khác nhau và có lẽ là các chức năng khác nhau dựa trên sự khác biệt quan sát được về biểu hiện và cấu trúc biểu sinh giữa các tế bào này. Mặc dù có nhiều thuật toán thống kê để phân tích dữ liệu như vậy và xác định các cụm, nhưng thách thức là xác định cụm nào thực sự khác biệt với nhau - các loại tế bào thực sự khác nhau - Sandrine Dudoit, giáo sư UC Berkeley và chủ nhiệm Bộ thống kê cho biết . Cô và nhà thống kê sinh học Elizabeth Purdom, phó giáo sư thống kê của UC Berkeley, là những thành viên chính của nhóm thống kê và là đồng tác giả của bài báo hàng đầu.

"Ý tưởng không phải là tạo ra một phương pháp phân cụm mới khác, mà là tìm cách tận dụng điểm mạnh của các phương pháp khác nhau và kết hợp các phương pháp và để đánh giá tính ổn định của kết quả, khả năng tái tạo của các cụm mà bạn nhận được", Dudoit nói. "Đó thực sự là một thông điệp chính về tất cả các nghiên cứu tìm kiếm các loại tế bào mới hoặc các loại tế bào mới: Bất kể bạn thử thuật toán nào, bạn sẽ nhận được các cụm, vì vậy điều quan trọng là bạn phải thực sự tự tin vào kết quả của mình."

Bateup lưu ý rằng số lượng các loại tế bào riêng lẻ được xác định trong nghiên cứu mới phụ thuộc vào kỹ thuật được sử dụng và dao động từ hàng chục đến 116. Ví dụ, một phát hiện là con người có khoảng gấp đôi các loại tế bào thần kinh ức chế khác nhau so với tế bào thần kinh kích thích. vùng não, trong khi chuột có số lượng nhiều gấp 5 lần.

"Trước đây, chúng tôi có 10 hoặc 20 loại tế bào khác nhau đã được xác định, nhưng chúng tôi không biết liệu các tế bào mà chúng tôi đang xác định theo mô hình biểu hiện gen của chúng có giống với những tế bào được xác định dựa trên các đặc tính điện sinh lý của chúng hay không, hay Bateup nói.

"Bước tiến lớn của BICCN là chúng tôi đã kết hợp nhiều cách khác nhau để xác định một loại tế bào và tích hợp chúng để đưa ra một phân loại đồng thuận không chỉ dựa trên biểu hiện gen hoặc sinh lý hoặc hình thái, mà còn tính đến tất cả các đặc tính đó , ”Hockemeyer nói. "Vì vậy, bây giờ chúng ta có thể nói rằng loại tế bào đặc biệt này biểu hiện các gen này, có hình thái này, có các đặc tính sinh lý này và nằm trong vùng đặc biệt này của vỏ não. Vì vậy, bạn đã hiểu sâu hơn, chi tiết hơn về loại tế bào đó. là và các thuộc tính cơ bản của nó. "

Dudoit cảnh báo rằng các nghiên cứu trong tương lai có thể cho thấy rằng số lượng các loại tế bào được xác định trong vỏ não vận động là một con số ước tính quá cao, nhưng các nghiên cứu hiện tại là một bước khởi đầu tốt trong việc thu thập bản đồ tế bào của toàn bộ não.

"Ngay cả giữa các nhà sinh vật học, vẫn có rất nhiều ý kiến ​​khác nhau về việc bạn nên có độ phân giải bao nhiêu cho các hệ thống này, cho dù có cấu trúc phân nhóm rất, rất tốt này hay bạn thực sự có các loại tế bào cấp cao hơn ổn định hơn", cô nói. "Tuy nhiên, những kết quả này cho thấy sức mạnh của sự hợp tác và nỗ lực cùng nhau giữa các nhóm khác nhau. Chúng tôi đang bắt đầu với một câu hỏi sinh học, nhưng một mình nhà sinh vật học không thể giải quyết được vấn đề đó. Để giải quyết một vấn đề thách thức lớn như vậy, bạn muốn đội ngũ chuyên gia trong nhiều lĩnh vực khác nhau có khả năng giao tiếp tốt và làm việc tốt với nhau. "

Các thành viên khác của nhóm UC Berkeley bao gồm các nhà khoa học sau tiến sĩ Rebecca Chance và David Stafford, nghiên cứu sinh Daniel Kramer, kỹ thuật viên nghiên cứu Shona Allen thuộc Khoa Sinh học Phân tử và Tế bào, nghiên cứu sinh tiến sĩ Hector Roux de Bézieux của Trường Y tế Công cộng và nghiên cứu sinh sau tiến sĩ Koen Van den Berge của Cục Thống kê. Bateup là thành viên của Viện khoa học thần kinh Helen Wills, Hockemeyer là thành viên của Viện gen đổi mới và cả hai đều là nhà điều tra được tài trợ bởi Chan Zuckerberg Biohub.

Nguồn Science Daily / Đại học California - Berkeley
- Thuocbietduoc.com.vn cung cấp thông tin về hơn 30.000 loại thuốc theo toa, thuốc không kê đơn. - Các thông tin về thuốc trên Thuocbietduoc.com.vn cho mục đích tham khảo, tra cứu và không dành cho tư vấn y tế, chẩn đoán hoặc điều trị. - Khi dùng thuốc cần tuyệt đối tuân theo theo hướng dẫn của Bác sĩ
- Chúng tôi không chịu trách nhiệm về bất cứ hậu quả nào xảy ra do tự ý dùng thuốc dựa theo các thông tin trên Thuocbietduoc.com.vn
Thông tin Thuốc và Biệt Dược
- Giấy phép ICP số 235/GP-BC.
© Copyright Thuocbietduoc.com.vn
- Email: contact@thuocbietduoc.com.vn