قام الباحثون في جامعة كاليفورنيا سان دييغو، في جهد تعاوني كبير، برسم خرائط للمفاتيح الجينية في أنواع مختلفة من خلايا الدماغ من خلال تحليل أكثر من مليون خلية دماغية بشرية. تسلط هذه الدراسة، وهي جزء من مبادرة BRAIN، الضوء على العلاقة بين أنواع معينة من الخلايا والاضطرابات العصبية والنفسية. كما استخدموا الذكاء الاصطناعي للتنبؤ بآثار المتغيرات الجينية المحددة عالية الخطورة.

يقوم الباحثون برسم خرائط للمفاتيح الجينية وأنواع خلايا الدماغ المرتبطة بالفصام والاضطراب ثنائي القطب. مرض الزهايمر المرض، والاكتئاب الشديد.

في جهد كبير متعدد المؤسسات بقيادة جامعة كاليفورنيا سان دييغو (UCST)، قام الباحثون بتحليل أكثر من مليون خلية دماغية بشرية لإنشاء خرائط مفصلة للمفاتيح الجينية في أنواع خلايا الدماغ، وكشفوا عن التفاعلات بين أنواع معينة من الخلايا. ومختلف الاضطرابات النفسية العصبية الشائعة. كما طور الفريق أيضًا أدوات ذكاء اصطناعي للتنبؤ بتأثير المتغيرات الجينية الفردية عالية الخطورة بين هذه الخلايا وكيف يمكن أن تساهم في الإصابة بالمرض.

مبادرة BRAIN وهدفها

وقد تم تقديم هذا البحث الرائد في عدد خاص علوم في 13 أكتوبر 2023، أصبح جزءًا من أبحاث الدماغ التي تجريها المعاهد الوطنية للصحة من خلال مبادرة التقنيات العصبية المبتكرة، التي تم إطلاقها في عام 2014. تقنيات علم الأعصاب لتصنيف أنواع الخلايا العصبية.

فهم التمايز الخلوي

كل خلية في الدماغ البشري لها نفس التسلسل الحمض النوويلكن أنواع الخلايا المختلفة تستخدم جينات مختلفة وبدرجات مختلفة. يخلق هذا الاختلاف أنواعًا مختلفة من خلايا الدماغ ويساهم في تعقيد الدوائر العصبية. يعد تعلم كيفية اختلاف أنواع الخلايا هذه على المستوى الجزيئي أمرًا بالغ الأهمية لفهم كيفية عمل الدماغ وتطوير طرق جديدة لعلاج الأمراض العصبية والنفسية.

مدى تعقيد الدماغ البشري

وقال كبير الباحثين بينج رين، دكتوراه، وأستاذ في كلية الطب بجامعة كاليفورنيا في سان دييغو: “إن الدماغ البشري ليس هو نفسه”. “إنها مكونة من شبكة معقدة للغاية من الخلايا العصبية والخلايا غير العصبية، كل منها تؤدي وظائف مختلفة. إن رسم خرائط لأنواع الخلايا المختلفة في الدماغ وفهم كيفية عملها معًا سيساعدنا على إيجاد علاجات جديدة يمكنها استهداف أنواع الخلايا الفردية.” المرتبطة بأمراض محددة.

النتائج الرئيسية للدراسة

وفي الدراسة الجديدة، قام فريق البحث بتحليل أكثر من 1.1 مليون خلية دماغية في 42 منطقة مختلفة من الدماغ من ثلاثة أدمغة بشرية. وقد حددوا 107 أنواع فرعية مختلفة من خلايا الدماغ، وكانوا قادرين على ربط جوانب بيولوجيتها الجزيئية مع مجموعة من الأمراض العصبية والنفسية، بما في ذلك الفصام، والاضطراب ثنائي القطب، ومرض الزهايمر، والاكتئاب الشديد. يستخدم الباحثون هذه البيانات لبناء نماذج التعلم الآلي للتنبؤ بكيفية تأثير اختلافات تسلسل معينة في الحمض النووي على تنظيم الجينات والمساهمة في الإصابة بالمرض.

مواصلة البحث والمساعي المستقبلية

على الرغم من أن هذه النتائج الجديدة توفر رؤى مهمة حول الدماغ البشري وأمراضه، إلا أن العلماء لا يزالون بعيدين عن رسم خريطة للدماغ. في عام 2022، انضمت جامعة كاليفورنيا في سان دييغو إلى معهد سالك وآخرين في إطلاق مركز أطلس خلايا الدماغ البشري متعدد الأضلاع، والذي يهدف إلى دراسة الخلايا من عشرات الأدمغة البشرية وكيف يتغير الدماغ أثناء النمو، وعمر الأشخاص، ومع المرض. .

وقال رين: “إن توسيع نطاق عملنا إلى مستوى أكبر من التفاصيل في عدد أكبر من الأدمغة سيقربنا خطوة من فهم بيولوجيا الاضطرابات العصبية والنفسية وكيف يمكننا إعادة تأهيلها”.

المرجع: يانغ إريك لي، سيباستيان بريسل، مايكل ميلر، نيكولاس د. جونسون، جيهان وانغ، هنري جياو، شينكسو تشو، زانينغ وانغ، يانغ شيون، أوليفييه أوليفييه، أوليفييه، أوليفييه، أوليفييه، أوليفييه، كولين كيرن، أنطونيو بينتو دوارتي، وي تيان، كيمبرلي سيليتي، نورا إيمرسون، جوليا أوستين، جاسينتا لوسيرو، لين لين، تشيان يانغ، كوان تشو، ناثان زيمكي، سارة إسبينوزا، آنا ماري ياني، جولي نيهوس، نيك دي ني، تمارا كاسبر، نادية شابوفالوفا، دانييل هيرشستين، ريبيكا د. هودج، ستان لينارسون، تريكواي بيكون، بوعز ليفي، سي. ديرك كين، جينجبو شانغ، إد لين، آلان وانغ، م. مارغريتا بيرنس، جوزيف ر. إيكر وبينج رين، 13 أكتوبر 2023، علوم.
دوى: 10.1126/science.adf7044

من بين المؤلفين المشاركين في الدراسة يانغ إريك لي، وسيباستيان بريسل، ومايكل ميلر، وجيهان وانغ، وهنري جياو، وسينسو تشو، وزانينج وانغ، ويانغ شيه، وأوليفر بوريان، وكولين كيرن، ولين لين، وتشيان يانغ، وغوان تشو، وناثان زيمكي. وسارة إسبينوزا وجينغبو شانغ من جامعة كاليفورنيا في سان دييغو وألان وانغ ونيكولاس د. جونسون أنطونيو بينتو-دوارتي، وي تيان نورا إيمرسون، جوليا أوستين، جاسينتا لوسيرو، إم. مارغريت بيرنس وجوزيف ر. كيمبرلي سيلات وستين لينارسون في معهد سالكتي في معهد إيكر لعلوم الدماغ، ومعهد كارولينسكا لعلوم الدماغ، وسي. ديرك كين جامعة واشنطن سياتل.

دعمت الدراسة المعاهد الوطنية للصحة (المنح UM1MH130994، U01MH114812، U54HG012510 وS10 OD026929)، المؤسسة الوطنية للعلوم (منحة OIA-2040727)؛ Nancy and Buster Alford Endowment، ومؤسسة أبحاث علوم الحياة، بالإضافة إلى هدايا من Google وAdobe وTeradata.