Lebih dari 3.000 jenis sel otak mengungkap rahasia kita

Melalui kolaborasi besar-besaran yang didukung oleh BRAIN Initiative, para peneliti mengungkap studi rinci tentang struktur seluler otak pada manusia dan primata, mengidentifikasi lebih dari 3.000 sel otak yang berbeda dan berkontribusi pada perluasan proyek Human Cell Atlas.

Anda memiliki lebih dari 3.000 jenis sel otak yang berbeda, dan lebih banyak wawasan dari atlas sel otak manusia terbesar yang dibuat hingga saat ini.

Para ilmuwan baru saja meluncurkan upaya besar-besaran untuk memahami otak kita dan otak kerabat primata terdekat kita.

Di kamar suite 21 lembar Diterbitkan 12 Oktober di majalah Sains (12), Kemajuan ilmu pengetahuan (8)Dan Ilmu Kedokteran Terjemahan (1), sebuah konsorsium besar peneliti berbagi pengetahuan baru tentang sel-sel yang menyusun otak kita dan otak primata lainnya. Ini adalah lompatan besar dari penelitian yang diterbitkan sebelumnya, dengan penelitian dan data yang mengungkapkan wawasan baru mengenai susunan seluler sistem saraf kita di banyak wilayah otak dan apa yang istimewa tentang otak manusia.

Konsorsium penelitian mewakili upaya bersama untuk memahami otak manusia dan sifat fungsional modularnya. Dikumpulkan dan didanai oleh Institut Kesehatan Nasional‘S Penelitian otak melalui pengembangan teknologi saraf yang inovatif® (OTAK) Inisiatif. Ratusan ilmuwan dari seluruh dunia telah bekerja sama untuk menyelesaikan serangkaian penelitian yang mengeksplorasi struktur seluler otak manusia dan primata lainnya, dan untuk menunjukkan bagaimana serangkaian teknologi baru yang transformatif dan terukur dapat digunakan untuk mempelajari organisasi terperinci dari otak manusia. otak manusia. Otak manusia dengan ketepatan yang belum pernah terjadi sebelumnya.

Memahami otak kita pada tingkat sel adalah kunci untuk memahami cara kerja otak kita dan siapa kita sebagai makhluk MenggolongkanSelain secara tepat mengidentifikasi akar seluler penyakit dan kelainan otak, pengetahuan yang pada akhirnya dapat mengarah pada pengobatan yang lebih baik untuk penyakit ini.

Para ilmuwan di Allen Institute for Brain Science, sebuah divisi dari Allen Institute, memimpin lima penelitian ini dan memberikan kontribusi besar pada tiga penelitian lainnya, termasuk satu penelitian. diam Yang sangat memperluas pengetahuan yang ada tentang jumlah jenis sel di otak manusia dewasa. Para ilmuwan di Karolinska Institutet dan Allen Institute telah mempelajari gen yang diaktifkan dalam sel-sel otak individu, sebuah teknik yang dikenal sebagai transkriptomik sel tunggal, yang mengungkap keragaman jenis sel yang menakjubkan: kita memiliki lebih dari 3.000 jenis sel otak yang berbeda.

Penyelidik Senior Ed Lin dan Ilmuwan Senior Minhwan Kim mengamati jaringan otak hidup pada platform multipatch saat berada di Laboratorium Elektrofisiologi di Allen Institute. Kredit: Eric Dennel/Allen Institute

“Saya melihat ini sebagai momen penting dalam ilmu saraf, karena teknologi baru kini memungkinkan kita memahami organisasi seluler yang sangat rinci pada otak manusia dan otak primata lainnya,” kata Ed Lin, Ph.D., ilmuwan riset senior di Allen Universitas. Brain Sciences Institute, yang memimpin beberapa penelitian baru yang diterbitkan. “Pekerjaan ini pada dasarnya merupakan kemenangan bagi biologi molekuler: penggunaan gen yang berbeda dapat digunakan untuk menentukan jenis sel, dan alat genomik dapat digunakan untuk membuat draf pertama peta beranotasi resolusi tinggi dari sel-sel yang membentuk seluruh otak manusia. .”

Penelitian ini juga menjawab serangkaian pertanyaan penting seperti: Seberapa berbedakah otak manusia pada tingkat sel? Seberapa berbedakah otak kita dengan otak kerabat terdekat kita, kera? Berapa banyak jenis sel otak yang kita miliki? Apa ciri-ciri sel tersebut? Bagaimana sel-sel ini muncul dan matang dalam perkembangannya?

Membangun penelitian sebelumnya untuk memetakan jenis sel otak dengan resolusi tinggi dalam satu gambar Daerah Untuk korteks manusia, lapisan terluar otak, paket yang baru diterbitkan ini memperluas penelitian tersebut hingga mencakup puluhan hingga seratus wilayah di seluruh otak. Studi di satu wilayah telah menemukan lebih dari 100 jenis sel otak yang berbeda, dan data yang baru dirilis menunjukkan ribuan jenis sel otak berbeda di seluruh otak. Di banyak bagian otak, kompleksitas dan keragaman seperti ini belum pernah dijelaskan sebelumnya.

Studi-studi ini adalah bagian dari Jaringan Sensus Sel BRAIN Institut Kesehatan Nasional, atau BICCN, sebuah program pendanaan lima tahun yang diluncurkan pada tahun 2017 untuk membuat katalog jenis sel otak. Pekerjaan ini menunjukkan skalabilitas pendekatan seluler dan molekuler mutakhir untuk memenuhi tantangan ukuran dan kompleksitas otak manusia, dan membuka jalan bagi upaya penghitungan sel tahap berikutnya. Tahap selanjutnya ini, Sebagian sedang dikerjakan Di Allen Institute, dia akan membuat atlas otak manusia dan primata lainnya yang jauh lebih komprehensif melalui Jaringan Atlas Sel BRAIN Initiative, atau BICAN.

“Rangkaian penelitian saat ini mewakili pencapaian penting yang terus membangun jembatan penting menuju pencerahan kompleksitas otak manusia pada tingkat sel,” kata Dr. John Ngai, direktur NIH BRAIN Initiative. “Kolaborasi ilmiah yang dibentuk melalui BICCN, dan berlanjut ke fase berikutnya di BICAN, memajukan bidang ini dengan kecepatan yang luar biasa; kemajuan – dan potensi – sungguh menakjubkan.”

Penelitian pada manusia telah menggunakan jaringan post-mortem dari orang-orang yang menyumbangkan otaknya untuk ilmu pengetahuan, serta jaringan hidup sehat yang disumbangkan dari pasien yang menjalani operasi otak dan menyumbangkan jaringan untuk penelitian.

Data dari penelitian yang baru dirilis juga akan menjadi masukan Atlas sel manusiaIni adalah upaya internasional yang bertujuan untuk membangun atlas referensi sel yang komprehensif di semua organ, jaringan dan sistem tubuh manusia.

Lima penelitian yang dilakukan oleh Allen Institute antara lain:

• Jelajahi Variasi jenis sel otak antar individu. Dalam studi ini, para ilmuwan mengamati sel-sel otak berdasarkan tingkat gen yang diaktifkan di satu area korteks, gyrus temporal tengah, pada 75 donor dewasa yang berbeda. Ini adalah salah satu studi otak manusia pertama yang membandingkan sejumlah besar individu yang menggunakan teknik sel tunggal. Para peneliti menemukan bahwa meskipun kita semua memiliki daftar bagian dasar seluler yang sama, proporsi jenis sel tertentu dan gen yang bekerja di sel tersebut sangat bervariasi dari orang ke orang.
• A Membandingkan jenis sel otak antara manusia dan kerabat terdekat kita, kera, simpanse, dan gorila. Studi-studi ini mengungkapkan bahwa kita memiliki arsitektur dasar tipe sel otak yang sama dengan sepupu evolusioner kita, namun terdapat perubahan pada gen yang digunakan oleh tipe sel yang dilestarikan tersebut. Secara khusus, banyak gen yang terlibat dalam hubungan antara neuron dan pembentukan sirkuit di otak berbeda antara manusia dan primata lainnya. “Ini menciptakan penjelasan yang masuk akal tentang bagaimana kemampuan kognitif meningkat melalui evolusi, dengan menghubungkan sirkuit dari jenis sel yang sama atau mengubah perolehan sistem dengan cara yang sedikit berbeda,” kata Lin.
• Menyelam dalam Bandingkan sel-sel yang terbentuk di berbagai wilayah korteks serebral manusia, pusat dari banyak fungsi kognitif kita yang lebih tinggi. Studi tersebut mengamati berbagai jenis sel di berbagai area korteks dan menemukan bahwa korteks visual kita, tempat kita memproses apa yang kita lihat, lebih terspesialisasi dan berbeda dibandingkan area lain, dan lebih terspesialisasi dibandingkan korteks visual tikus. Penemuan ini kemungkinan besar terkait dengan fakta bahwa manusia dan primata lainnya lebih mengandalkan indra penglihatan kita dibandingkan mamalia lainnya.
• Dua studi Analisis sifat-sifat neuron penghambat Dari neokorteks manusia dengan mengeksplorasi sifat listrik dan bentuk 3D kompleks serta gen yang menggerakkannya, sebuah pendekatan yang memerlukan penggunaan jaringan hidup yang diperoleh dari prosedur bedah saraf untuk mengobati epilepsi atau tumor otak yang sulit diatasi. Studi-studi ini memberikan informasi dasar tentang sifat-sifat neuron manusia, termasuk beberapa jenis yang ditemukan pada manusia dan beberapa mamalia lain tetapi tidak pada tikus, termasuk sel-sel yang diberi nama secara deskriptif. sel rosehip Dan sel paket ganda.

Referensi: “Penelitian otak manusia” oleh Mattia Marusso, 12 Oktober 2023, Sains.
doi: 10.1126/science.adl0913

Penelitian yang dilaporkan di sini didukung oleh National Institutes of Health Brain Research melalui inisiatif Innovative Neurotechnologies (BRAIN). Konten tersebut sepenuhnya merupakan tanggung jawab penulis dan tidak mewakili pandangan resmi National Institutes of Health.