به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بنیان، اختلالات عصبی و روانپزشکی و بیماری‌های روانی علت اصلی بار بیماری در افراد است. تاکنون نیز  ده‌ها هزار نوع توالی در ژنوم انسان با علت شناسی این شرایط مرتبط شده اند. با این حال، روشن کردن نقش انواع ریسک شناسایی شده همچنان یک چالش است زیرا اکثر آنها خارج از مناطق کدکننده پروتئین هستند. بنابراین یک اطلس سلولی عظیم، می‌تواند تصویری دقیق از پیچیده‌ترین اندام شناخته شده شما ارائه ‌دهد. در همین راستا محققان بزرگترین اطلس سلول‌های مغز انسان را ایجاد کرده‌اند که بیش از 3000 نوع سلول را نشان می‌دهد که بسیاری از آنها برای علم جدید هستند. به گفته نویسندگان، این کار، که در Science منتشر شده است، به مطالعه بیماری‌ها وشناخت آنچه که ما را انسان می‌سازد، کمک می‌کند. آنتونی هانان، عصب شناس در موسسه علوم اعصاب و سلامت روان فلوری در ملبورن استرالیا می‌گوید: «این اطلس بسیار مهم است. محققان قبلاً با استفاده از تکنیک‌هایی مانند تصویربرداری رزونانس مغناطیسی از مغز انسان نقشه‌برداری کرده‌اند، اما این اولین اطلس کل مغز انسان در سطح تک سلولی است که برهمکنش‌های مولکولی پیچیده آن را نشان می‌دهد. "این نوع اطلس‌ها واقعاً زمینه را برای درک بسیار بهتر از مغز انسان فراهم می‌کنند.

شناخت ساختار پیچیده مغز انسان

مغز پستانداران شامل میلیاردها نورون و گلیا است که قادر به انجام رفتارهای بسیار پیچیده هستند. این سلول‌ها در چندین ناحیه عملکردی اصلی با منشاء رشدی مشخص سازماندهی می‌شوند. اگرچه قشر مغز به دلیل نقشی که در شناخت دارد، به خوبی مورد مطالعه قرار گرفته است، ولی سایر مناطق نیز از اهمیت زیادی برخوردار هستند. در چند سال گذشته، روش‌های ژنومی تک سلولی درک ما از تنوع سلولی مغز را متحول کرده و صدها نوع سلول ترانسکریپتومیک را در سراسر مغز موش آشکار کرده است. کار قبلی نشان داده است که انواع سلول‌های رونویسی را می‌توان با روش‌های دیگر - به عنوان مثال، الکتروفیزیولوژی، مورفولوژی، و اتصال - و همچنین در فواصل تکاملی بزرگ تراز کرد. با این حال، مغز انسان به طور جامع مورد بررسی قرار نگرفته است و تعداد کمی از مناطق خارج از قشر مغز مشخص شده است. بنابراین،  تاکنون تعداد کلی، توزیع، و ویژگی منطقه نورون‌های انسانی و گلیا ناشناخته باقی مانده است.. این گونه‌های خطر بیماری احتمالاً تأثیر خود را با ایجاد اختلال در عناصر تنظیم‌کننده رونویسی اعمال می‌کنند و در نتیجه بیان ژن را در انواع سلول‌های مربوط به اختلالات عصبی-روانی تعدیل می‌کنند. پیشرفت های اخیر در فناوری های تک سلولی درجه بالایی از ناهمگونی سلولی را در سراسر مغز انسان آشکار کرده است. با این حال، توالی‌های تنظیم‌کننده رونویسی حاکم بر هویت و عملکرد هر نوع سلول مغزی جداگانه مشخص می‌شوند و مانع از توانایی ما در تفسیر انواع خطر بیماری غیرکدکننده می‌شوند.

اهداف ایجاد اطلس مغزی

این تحقیق بخشی از تحقیقات مغزی مؤسسه ملی سلامت ایالات متحده از طریق ابتکار فناوری‌های عصبی نوآورانه  شبکه سرشماری سلولی (BICCN) است که با همکاری صدها دانشمند انجام شده است. اهداف این برنامه شامل فهرست‌نویسی انواع سلول‌های مغز در انسان‌ها، نخستی‌های غیر انسانی و موش‌ها برای بهبود درک مکانیسم‌های سلولی در پشت اختلالات مغزی است که درک ضعیفی از آنها وجود ندارد. داده های 21 مطالعه در مخزن آنلاین بایگانی Multi-omic Neuroscience در دسترس عموم قرار گرفته است.

پرورشگاه سلولی مغز

کیمبرلی سیلتی، عصب‌شناس در حال حاضر در مرکز پزشکی دانشگاه اوترخت هلند، و تیمش سنگ بنای اطلس را با تعیین توالی RNA بیش از 3 میلیون سلول منفرد از 106 مکان که کل مغز انسان را پوشش می‌دهند، با استفاده از نمونه‌های بافتی از سه مورد اهداکنندگان مرد فوت شده، ایجاد کردند. آنها همچنین از داده‌های تشریح قشر حرکتی از یک اهداکننده زن که در مطالعات قبلی به کار گرفته شده بود، استفاده کردند. تجزیه و تحلیل آنها 461 دسته وسیع از سلول‌های مغز را مستند کرد که شامل بیش از 3000 زیرگروه بود. سیلتی می‌گوید: «از تعداد انواع سلول‌های مختلف شگفت‌زده شدم.

ترکیبی از نورون‌ها و سلول‌های دیگر

در این اطلس، نورون‌ها - سلول‌های مغز و سیستم عصبی که سیگنال‌ها را ارسال و دریافت می‌کنند - در بخش‌های مختلف مغز بسیار متفاوت بودند که نشان‌دهنده عملکردها و تاریخچه‌های رشد متفاوت است. ترکیبی از نورون‌ها و انواع سلول‌های دیگر نیز در هر منطقه متفاوت است. برخی از سلول‌ها فقط در مکان‌های خاص یافت شدند. استن لینارسون، یکی از نویسندگان این مطالعه، زیست‌شناس سیستم‌های مولکولی در موسسه کارولینسکا در استکهلم، سوئد، می‌گوید: ساقه مغز - ساختاری که مغز را به نخاع متصل می‌کند، نسبتاً مورد مطالعه قرار نگرفته است - دارای تعداد زیادی از انواع نورون‌ها است. یکی از شگفتی‌های بزرگ در اینجا این است که ساقه مغز چقدر پیچیده است.

بررسی عملکرد ژن‌ها  با یک لنز اپی‌ژنتیک

مطالعات دیگر به مکانیسم های تنظیم و بیان ژن در سلول‌های مختلف پرداختند. جوزف اکر، زیست‌شناس مولکولی در موسسه مطالعات بیولوژیکی سالک در لا جولا، کالیفرنیا، و همکارانش با استفاده از نمونه‌های بافتی از همان سه اهداکننده، مغز را از طریق یک لنز اپی‌ژنتیک بررسی کردند. آنها نشانگرهای شیمیایی را که ژن‌ها را در بیش از 500000 سلول منفرد روشن یا خاموش می‌کنند، تجزیه و تحلیل کردند. در این بررسی، مولکول‌های مختلفی که به‌عنوان سوئیچ عمل می‌کردند، تیم را قادر ساخت تا نزدیک به 200 نوع سلول مغز را شناسایی کند. حتی یک ژن در یک نوع سلول می‌تواند ویژگی‌های متفاوتی در سراسر مغز داشته باشد. یک ژن با یک سوئیچ در جلوی مغز و با دیگری در پشت مغز روشن می‌شد. وی تیان، یکی از نویسندگان این مطالعه، زیست شناس محاسباتی در موسسه سالک می‌گوید: « در این بررسی تفاوت‌های منطقه ای قابل توجهی وجود دارد. ایکر می‌گوید تعیین کلیدهایی که بیان ژن را در سلول‌های مغزی فعال یا مسدود می‌کنند، می‌تواند برای تشخیص اختلالات مغزی و توسعه درمان‌های مناسب مفید باشد. او می‌گوید: «این ابزار دیگری است که از جعبه ابزاری که ما می‌سازیم بیرون می‌آید.

دانستن ژن‌های بیماری‌زا در سلول‌های مختلف

بهبود درک اینکه چگونه سوئیچ‌های ژنتیکی ممکن است در خطر ابتلا به بیماری نقش داشته باشند نیز تمرکز بینگ رن، زیست شناس مولکولی در دانشگاه کالیفرنیا، سن دیگو، و تیمش بود. آنها چگونگی دسترسی و استفاده بیش از یک میلیون سلول مغزی از سه اهداکننده را به اطلاعات ژنتیکی تجزیه و تحلیل کردند. محققان ارتباط بین انواع خاصی از سلول‌های مغز و اختلالات عصبی روانپزشکی، از جمله اختلال دوقطبی، افسردگی و اسکیزوفرنی را کشف کردند. رن و همکارانش از داده‌های نوع سلولی برای پیش‌بینی چگونگی تأثیر سوئیچ‌های ژنتیکی بر تنظیم ژن و افزایش خطر بیماری‌های عصبی استفاده کردند. به عنوان مثال، در سلول‌هایی به نام میکروگلیا که سلول‌های مرده یا آسیب‌دیده را از بین می‌برند، وجود برخی سوئیچ‌های ژنتیکی به شدت با خطر ابتلا به بیماری آلزایمر مرتبط است. چنین یافته‌هایی می‌توانند برای آزمایش اینکه آیا ژن‌های خاص یا سوئیچ‌های معیوب مستقیماً در شروع بیماری نقش دارند یا خیر، استفاده شوند. رن می‌گوید: «این به این دلیل امکان‌پذیر شد که ما - برای اولین بار - سوئیچ‌های ژنتیکی را برای صدها نوع مختلف سلول مشخص کردیم.

گام بعدی این تیم

رن می گوید گام بعدی برای تیم BICCN این است که سلول‌های بیشتری را از تمام قسمت‌های مغز توالی یابی کند. محققان همچنین با نمونه‌های بافت بیشتری کار خواهند کرد تا تصویری از چگونگی تغییر مغز انسان در بین جمعیت‌ها و گروه‌های سنی ایجاد کنند. رن می‌گوید: «این تنها آغاز یک کار بزرگ بوده است.

پایان مطلب/.