Sự hợp tác toàn cầu đã tạo ra tập bản đồ não linh trưởng toàn diện nhất thế giới, chứa 4,2 triệu tế bào, tiết lộ chức năng của các vùng cụ thể và mối liên hệ của chúng với bệnh thần kinh, mở đường cho nghiên cứu não bộ và can thiệp bệnh tật trong tương lai. Hơn 4 triệu tế bào đã được phân tích để tạo ra tập bản đồ lớn nhất cho đến nay, giúp khám phá sự tiến hóa của bộ não con người và các mục tiêu mới cho bệnh tật và phương pháp điều trị.

Một bí ẩn lâu đời trong khoa học là làm thế nào hơn 100 triệu tế bào thần kinh riêng lẻ phối hợp với nhau để tạo thành một mạng lưới hình thành nên nền tảng của con người chúng ta—mọi suy nghĩ, cảm xúc và hành vi của con người.

Lập bản đồ các quần thể tế bào này và khám phá chức năng của chúng là mục tiêu lâu dài của hàng chục nhà vẽ bản đồ phân tử thế kỷ 21 trên khắp thế giới trong khuôn khổ dự án Mạng lưới Điều tra Tế bào Sáng kiến ​​Não bộ của Viện Y tế Quốc gia. Mục tiêu tổng thể của tập bản đồ là hỗ trợ phát triển nghiên cứu khoa học thần kinh. Hy vọng rằng dự án sẽ cho phép các nhà khoa học hiểu rõ hơn về các chứng rối loạn não và những bí ẩn y học khó nắm bắt đằng sau các tình trạng như chứng tự kỷ và trầm cảm.

Giờ đây, một loạt nghiên cứu mới đã tiết lộ những đặc điểm chung về hoạt động phân tử bên trong não ở mức độ và quy mô chưa từng có.

Để hiểu rõ hơn về quá trình tiến hóa của bộ não con người và động vật, một nhóm các nhà nghiên cứu do các nhà khoa học đến từ Đại học Bang Arizona, Đại học Pennsylvania, Đại học Washington và Viện Brotmann-Bati dẫn đầu đã tạo ra tập bản đồ lớn nhất thế giới về bộ não linh trưởng.

"Lập bản đồ các tế bào ở đâu và hoạt động như thế nào trong não linh trưởng trưởng thành", đồng tác giả cấp cao Noah Snyder-Mackler, phó giáo sư tại Đại học Khoa học Đời sống và Trung tâm Tiến hóa và Y học của ASU cho biết. Điều quan trọng là phải hiểu được sự tiến hóa trong nhận thức và hành vi của con người cũng như xác định điều gì sẽ xảy ra khi có sự cố xảy ra và dẫn đến các bệnh về thần kinh. "

Mục tiêu của họ là xác định và kiểm tra nhiều tế bào não (tế bào thần kinh và không phải tế bào thần kinh) và thực hiện phân tích phân tử toàn diện bằng kỹ thuật tế bào đơn hiện đại.

Để làm được điều này, họ đã sử dụng các mẫu từ 30 vùng não khác nhau để lập bản đồ và xây dựng bản đồ ô mới theo từng tế bào. Bản đồ cuối cùng bao gồm 4,2 triệu người trưởng thành

Đồng tác giả cấp cao Jay Shendure, giáo sư khoa học gen và giám đốc Viện Brotman Baty tại Đại học Washington, cho biết: "Dữ liệu của chúng tôi thể hiện bản đồ phân tử đa phương thức lớn nhất và toàn diện nhất ở loài linh trưởng cho đến nay và rất quan trọng để khám phá xem có bao nhiêu tế bào trong não khớp với nhau để tạo ra các hành vi phức tạp ở loài linh trưởng, bao gồm cả con người. "

0Đồng tác giả cấp cao Michael Platt, giáo sư tại Khoa Khoa học thần kinh, Tâm lý học và Tiếp thị tại Penn, cho biết: "Những dữ liệu này cũng sẽ cung cấp một bản đồ quan trọng và rất cần thiết về các hành vi và bệnh xã hội phức tạp liên quan đến con người, đồng thời cung cấp cơ sở để xác định những"

Các nhà khoa học đã phân tích biểu hiện gen trên mỗi nhân tế bào (2,58 triệu) bản phiên mã) và một bộ hoàn chỉnh các vùng điều hòa gen DNA bổ sung (1,59 triệu episome). Khi kết hợp lại với nhau, phân tích "đa omics" này cho phép các tác giả nghiên cứu các sơ đồ phân tử tạo nên các loại tế bào não khác nhau, tạo cơ hội nghiên cứu và thậm chí thao tác các tế bào quan trọng một cách chi tiết hơn.Bằng cách sử dụng hồ sơ biểu hiện gen, họ có thể xác định được hàng trăm loại tế bào não khác biệt về mặt phân tử. Họ cũng phát hiện ra rằng thành phần tế bào rất khác nhau trong toàn bộ não, cho thấy các dấu hiệu tế bào của các chức năng vùng cụ thể, từ các chất dẫn truyền thần kinh liên quan đến giao tiếp tế bào não đến các tế bào hỗ trợ nuôi dưỡng và bảo vệ não khỏi các bệnh như Alzheimer.

Họ đã sử dụng dữ liệu để nghiên cứu 53 kiểu hình liên quan đến nguy cơ mắc các bệnh thần kinh, rối loạn, hội chứng, hành vi hoặc các đặc điểm khác. Phát hiện của họ cho thấy vai trò đã biết của một lớp tế bào liên quan đến bệnh thần kinh, bao gồm các tế bào liên quan đến đột quỵ do thiếu máu cục bộ hoặc đột quỵ do thiếu máu cục bộ, nguyên nhân hàng đầu gây tử vong trong các rối loạn thần kinh.

Họ cũng phát hiện ra rằng các gen liên quan đến bệnh Alzheimer có xu hướng nằm ở các vùng điều hòa của DNA mà chỉ microglia mới có thể tiếp cận được, các tế bào miễn dịch chính của não có chức năng bảo vệ tế bào thần kinh, phù hợp với vai trò nổi bật của sự tăng sinh và kích hoạt microglia trong bệnh Alzheimer được tìm thấy trong các nghiên cứu kết hợp trên toàn bộ gen (GWAS).

Nhiều vùng điều hòa mà họ phát hiện là mới, cho phép nhóm khám phá cấu trúc di truyền của nguy cơ mắc bệnh thần kinh ở cấp độ tế bào. "Chúng tôi tìm thấy nhiều mối liên quan giữa nguy cơ di truyền đối với các bệnh thần kinh và trạng thái biểu sinh của các loại tế bào cụ thể - trong số đó có một số vẫn chưa được liên kết." Họ cũng phát hiện ra rằng các vị trí liên quan đến bệnh Parkinson cũng được làm giàu ở các khu vực mở của OPC thần kinh đệm, tế bào ít nhánh và tế bào hình sao.

Cuối cùng, trong phân tích, họ phát hiện ra rằng các locus di truyền liên quan đến chứng rối loạn tăng động/giảm chú ý (ADHD) chỉ được làm giàu ở vùng mở của các tế bào thần kinh gai trung bình. Các tế bào thần kinh gai giữa có liên quan đến chứng tăng động hành vi và rối loạn chú ý thông qua việc kích hoạt quá trình tổng hợp khớp thần kinh qua trung gian tế bào hình sao. Kết quả của họ cho thấy tế bào thần kinh gai có thể là mục tiêu mới đầy hứa hẹn cho nghiên cứu liên quan đến ADHD trong tương lai.

Cùng với nhau, tập bản đồ "đa nguyên tử" hiện cung cấp cho cộng đồng nghiên cứu toàn cầu một nguồn tài nguyên mở để nghiên cứu sâu hơn về quá trình tiến hóa của não người và xác định các mục tiêu mới để can thiệp bệnh tật.