Aralarında Bilim'dan birkaç kişinin de bulunduğu bir grup bilim insanı, binlerce farklı hücre tipinin tamamını moleküler düzeyde kategorize edip haritalandırarak memeli beynini daha önce hiç olmadığı kadar derinlemesine inceledi.
Araştırmacılar çalışmalarını Nature dergisinde altısı Bilim bağlantılı olmak üzere 10 makalelik bir seri aracılığıyla bildirdiler. Bu, şu ana kadar farelere odaklanan Ulusal Sağlık Enstitüleri'nin İleri Yenilikçi Nöroteknolojiler Yoluyla Beyin Araştırmaları girişiminin bir parçası; gelecekteki aşamalar insanlara ve diğer primatlara geçecek.
Memeli beyinleri, her biri ifade ettikleri genlerle tanımlanan milyarlarca hücreyi barındırır. Bu karmaşıklık, nörolojik hastalıkların altında yatan moleküler mekanizmalar da dahil olmak üzere birçok beyin fonksiyonunun gerçek anlamda anlaşılmasının bu kadar zor olmasının nedenidir.
Bilim'dan Xiaowei Zhuang liderliğindeki bir ekip, fare beyninin tamamının moleküler olarak tanımlanmış ilk hücre atlasını oluşturmak için, çoğu daha önce hiç karakterize edilmemiş binlerce benzersiz hücre tipini tanımladı ve mekansal olarak haritalandırdı.
David B. Arnold Bilim Profesörü ve Howard Hughes tıbbi araştırmacısı Zhuang, “5.000 transkripsiyonel olarak farklı hücre popülasyonu belirledik” dedi. “Tanımladığımız çeşitlilik düzeyinin gerçekten olağanüstü olduğunu söylemek yeterli.”
Hücreleri, dağılımlarını ve etkileşimlerini kataloglayan, beyin çapındaki hücre tipleri atlası, belirli beyin fonksiyonlarını veya hastalıklarını inceleyen bilim adamları için bir başlangıç noktası olarak hizmet edebilir. Bir gün atlasın temel hatları, fare beyninden 1000 kat daha büyük olan insan beynine uygulanabilir.
“Daha önce görünmeyen şeyleri görmek bana gerçek bir heyecan veriyor. Teknolojimizin bu kadar çok laboratuvar tarafından kullanılması beni de heyecanlandırıyor,” dedi Zhuang, laboratuvarında geliştirilen genom ölçeğinde bir görüntüleme teknolojisi olan Multiplexed Error-Robust Fluorescence in situ Hibridizasyon'a (MERFISH) atıfta bulunarak.
Xiaowei Zhuang (ortada) laboratuvarda Aaron Halpern (soldan sağa), Won Jung, Meng Zhang ve Xingjie Pan ekibiyle birlikte.
Niles Singer/Bilim Personel Fotoğrafçısı
Allen Beyin Bilimi Enstitüsü'ndeki bilim adamlarıyla işbirliği içinde Zhuang ve ekibi, MERFISH'i tek hücreli RNA dizileme verileriyle birlikte kullanarak yalnızca her hücre tipini tanımlamakla kalmayıp aynı zamanda onları yerinde görüntülemek için kullandı. Çalışmaları, bu hücre türlerinin moleküler imzalarının yanı sıra beyinde nerede bulundukları hakkında yeni bilgiler sağlıyor. Sonuç, fare beyninin tüm hücrelerinin, gen ekspresyon aktivitelerinin ve uzaysal ilişkilerinin şaşırtıcı derecede ayrıntılı bir resmidir.
Nature makalelerinde araştırmacılar, Allen Enstitüsü işbirlikçileri tarafından sağlanan tek hücreli RNA dizileme verileri kullanılarak seçilen 1.100 genden oluşan bir paneli görüntüleyerek yaklaşık 10 milyon hücrenin gen ekspresyon profillerini belirlemek için MERFISH'i kullandı.
Retina bulguları glokom araştırmalarını artırabilir
Nature serisindeki ayrı bir makalede Jeff C. Tarr Moleküler ve Hücresel Biyoloji Profesörü Joshua Sanes, omurgalı retinanın evrimsel tarihine yeni bakış açıları kazandıran bir ekibin liderliğini yaptı.
Joshua Sanes.
Fotoğraf: Rick Friedman
Beynin göz içinde yer alan bir kısmı olan retina, görsel bilgileri alan ve daha sonra bunları daha ileri işlemler için beynin geri kalanına ileten karmaşık sinir devrelerine sahiptir. Retina işlevsel olarak türden türe çok farklıdır; örneğin, insan avcı-toplayıcıları keskin gündüz görüşü geliştirmişken, fareler insanlardan daha iyi gece görüşüne sahiptir; Bazı hayvanlar renkli görürken bazıları ağırlıklı olarak siyah beyaz görür.
Peki moleküler düzeyde retinalar gerçekte ne kadar farklıdır? Sanes, Kaliforniya Üniversitesi, Berkeley ve Broad Institute'taki araştırmacılarla işbirliği içinde, insanlar, balıklar, fareler ve opossumlar da dahil olmak üzere 17 türdeki retinal hücre tiplerinin yeni bir karşılaştırmalı analizini gerçekleştirdi. Araştırmacıların bulguları, retinal hücre türlerini genetik ifade profillerine göre ayırt etmelerine olanak tanıyan tek hücreli RNA dizilimini kullanarak, belirli türlerin görsel sistemlerinin nasıl evrimleştiğine dair uzun süredir kabul gören bazı görüşleri alt üst etti.
Çarpıcı bir keşif, insanlarda bilginin yüzde 90'ını gözden beyne taşıyan “cüce retinal ganglion hücreleri” ile ilgiliydi. Bu hücreler insanlara ince detaylı görme yeteneği kazandırır ve bunlarda meydana gelen değişiklikler glokom gibi göz hastalıklarıyla ilişkilendirilir. Farelerde hiçbir ilgili hücre bulunamadığı için bunların primatlara özgü olduğu varsayılmıştı.
Sanes ve ekibi, analizlerinde ilk kez, fareler de dahil olmak üzere diğer birçok türdeki cüce retina ganglion hücrelerinin açık akrabalarını, çok daha küçük oranlarda da olsa belirlediler. Fareler glokomu incelemek için yaygın olarak kullanılan bir model hayvan olduğundan, bu hücrelerin yerini tespit edebilmek potansiyel olarak çok önemli bir içgörüdür.
Sanes, “Sanırım, eğer bir farede bu önemli insan retinal ganglion hücrelerini incelemek istiyorsanız, bunlar çalışmak istediğiniz hücrelerdir” şeklinde çok ikna edici bir kanıt sunabiliriz, dedi.
Bilim Tıp Fakültesi, Boston Çocuk Hastanesi ve Broad'daki Bilim'a bağlı diğer araştırmacılar da NIH'nin hücre sayımı ağına aşağıdakiler de dahil olmak üzere bulgularla katkıda bulundular: yetişkin fare beyninin moleküler sito mimarisive bir Fare beyni çapında omurga çıkıntı yapan nöronların transkriptomik taksonomisi.
Araştırmacılar çalışmalarını Nature dergisinde altısı Bilim bağlantılı olmak üzere 10 makalelik bir seri aracılığıyla bildirdiler. Bu, şu ana kadar farelere odaklanan Ulusal Sağlık Enstitüleri'nin İleri Yenilikçi Nöroteknolojiler Yoluyla Beyin Araştırmaları girişiminin bir parçası; gelecekteki aşamalar insanlara ve diğer primatlara geçecek.
Memeli beyinleri, her biri ifade ettikleri genlerle tanımlanan milyarlarca hücreyi barındırır. Bu karmaşıklık, nörolojik hastalıkların altında yatan moleküler mekanizmalar da dahil olmak üzere birçok beyin fonksiyonunun gerçek anlamda anlaşılmasının bu kadar zor olmasının nedenidir.
Bilim'dan Xiaowei Zhuang liderliğindeki bir ekip, fare beyninin tamamının moleküler olarak tanımlanmış ilk hücre atlasını oluşturmak için, çoğu daha önce hiç karakterize edilmemiş binlerce benzersiz hücre tipini tanımladı ve mekansal olarak haritalandırdı.
David B. Arnold Bilim Profesörü ve Howard Hughes tıbbi araştırmacısı Zhuang, “5.000 transkripsiyonel olarak farklı hücre popülasyonu belirledik” dedi. “Tanımladığımız çeşitlilik düzeyinin gerçekten olağanüstü olduğunu söylemek yeterli.”
Hücreleri, dağılımlarını ve etkileşimlerini kataloglayan, beyin çapındaki hücre tipleri atlası, belirli beyin fonksiyonlarını veya hastalıklarını inceleyen bilim adamları için bir başlangıç noktası olarak hizmet edebilir. Bir gün atlasın temel hatları, fare beyninden 1000 kat daha büyük olan insan beynine uygulanabilir.
“Daha önce görünmeyen şeyleri görmek bana gerçek bir heyecan veriyor. Teknolojimizin bu kadar çok laboratuvar tarafından kullanılması beni de heyecanlandırıyor,” dedi Zhuang, laboratuvarında geliştirilen genom ölçeğinde bir görüntüleme teknolojisi olan Multiplexed Error-Robust Fluorescence in situ Hibridizasyon'a (MERFISH) atıfta bulunarak.
Xiaowei Zhuang (ortada) laboratuvarda Aaron Halpern (soldan sağa), Won Jung, Meng Zhang ve Xingjie Pan ekibiyle birlikte.
Niles Singer/Bilim Personel Fotoğrafçısı
Allen Beyin Bilimi Enstitüsü'ndeki bilim adamlarıyla işbirliği içinde Zhuang ve ekibi, MERFISH'i tek hücreli RNA dizileme verileriyle birlikte kullanarak yalnızca her hücre tipini tanımlamakla kalmayıp aynı zamanda onları yerinde görüntülemek için kullandı. Çalışmaları, bu hücre türlerinin moleküler imzalarının yanı sıra beyinde nerede bulundukları hakkında yeni bilgiler sağlıyor. Sonuç, fare beyninin tüm hücrelerinin, gen ekspresyon aktivitelerinin ve uzaysal ilişkilerinin şaşırtıcı derecede ayrıntılı bir resmidir.
Nature makalelerinde araştırmacılar, Allen Enstitüsü işbirlikçileri tarafından sağlanan tek hücreli RNA dizileme verileri kullanılarak seçilen 1.100 genden oluşan bir paneli görüntüleyerek yaklaşık 10 milyon hücrenin gen ekspresyon profillerini belirlemek için MERFISH'i kullandı.
Retina bulguları glokom araştırmalarını artırabilir
Nature serisindeki ayrı bir makalede Jeff C. Tarr Moleküler ve Hücresel Biyoloji Profesörü Joshua Sanes, omurgalı retinanın evrimsel tarihine yeni bakış açıları kazandıran bir ekibin liderliğini yaptı.
Joshua Sanes.
Fotoğraf: Rick Friedman
Beynin göz içinde yer alan bir kısmı olan retina, görsel bilgileri alan ve daha sonra bunları daha ileri işlemler için beynin geri kalanına ileten karmaşık sinir devrelerine sahiptir. Retina işlevsel olarak türden türe çok farklıdır; örneğin, insan avcı-toplayıcıları keskin gündüz görüşü geliştirmişken, fareler insanlardan daha iyi gece görüşüne sahiptir; Bazı hayvanlar renkli görürken bazıları ağırlıklı olarak siyah beyaz görür.
Peki moleküler düzeyde retinalar gerçekte ne kadar farklıdır? Sanes, Kaliforniya Üniversitesi, Berkeley ve Broad Institute'taki araştırmacılarla işbirliği içinde, insanlar, balıklar, fareler ve opossumlar da dahil olmak üzere 17 türdeki retinal hücre tiplerinin yeni bir karşılaştırmalı analizini gerçekleştirdi. Araştırmacıların bulguları, retinal hücre türlerini genetik ifade profillerine göre ayırt etmelerine olanak tanıyan tek hücreli RNA dizilimini kullanarak, belirli türlerin görsel sistemlerinin nasıl evrimleştiğine dair uzun süredir kabul gören bazı görüşleri alt üst etti.
Çarpıcı bir keşif, insanlarda bilginin yüzde 90'ını gözden beyne taşıyan “cüce retinal ganglion hücreleri” ile ilgiliydi. Bu hücreler insanlara ince detaylı görme yeteneği kazandırır ve bunlarda meydana gelen değişiklikler glokom gibi göz hastalıklarıyla ilişkilendirilir. Farelerde hiçbir ilgili hücre bulunamadığı için bunların primatlara özgü olduğu varsayılmıştı.
Sanes ve ekibi, analizlerinde ilk kez, fareler de dahil olmak üzere diğer birçok türdeki cüce retina ganglion hücrelerinin açık akrabalarını, çok daha küçük oranlarda da olsa belirlediler. Fareler glokomu incelemek için yaygın olarak kullanılan bir model hayvan olduğundan, bu hücrelerin yerini tespit edebilmek potansiyel olarak çok önemli bir içgörüdür.
Sanes, “Sanırım, eğer bir farede bu önemli insan retinal ganglion hücrelerini incelemek istiyorsanız, bunlar çalışmak istediğiniz hücrelerdir” şeklinde çok ikna edici bir kanıt sunabiliriz, dedi.
Bilim Tıp Fakültesi, Boston Çocuk Hastanesi ve Broad'daki Bilim'a bağlı diğer araştırmacılar da NIH'nin hücre sayımı ağına aşağıdakiler de dahil olmak üzere bulgularla katkıda bulundular: yetişkin fare beyninin moleküler sito mimarisive bir Fare beyni çapında omurga çıkıntı yapan nöronların transkriptomik taksonomisi.