Studie odhaluje genové sítě, které řídí vývoj odlišných neuronových podtypů v lidské mozkové kůře

Je známo, že lidský mozek obsahuje širokou škálu typů buněk, které mají různé role a funkce. Procesy, kterými se buňky v mozku, zejména jeho nejvzdálenější vrstvy (tj. Cerebrální kůra), postupně staly specializovanými a převzetí specifických rolí byly předmětem mnoha minulých neurovědních studií.

Vědci z Kalifornie University of California Los Angeles (UCLA) analyzovali různé datové soubory shromážděné pomocí jednobuněčné transkriptomiky, techniku ​​ke studiu genová exprese V jednotlivých buňkách mapuje vznik různých typů buněk během vývoje mozku.

Jejich zjištění, Publikováno v Neurověda přírodyodhalit genové „programy“, které řídí specializaci buněk v lidské mozkové kůře.

„Tento projekt zpočátku začal jako malý projekt Bioinformatic Side,“ řekla Aparna Bhaduri, vedoucí autorka příspěvku, Medical Xpress.

„Integrovali jsme veřejně dostupné datové sady pro prozkoumání vzory genové exprese Během vývoje mozku, ale jak jsme postupovali, jsme si uvědomili, že tyto genové sítě—OR MODULY – Poskytovaly cenné poznatky o tom, jak se ve vyvíjející se lidské kůře objevují odlišné typy buněk. Když jsme si uvědomili potenciální dopad těchto zjištění, rozšířili jsme práci na komplexní studii. “

Primárním cílem studie Bhaduri a jejích kolegů bylo odhalit koexpresivní genové sítě, které přispívají ke specifikaci typů buněk v mozkové kůře. Odkrývání těchto genetických modulů by mohlo zase vrhnout nové světlo na celkové procesy, které podporují zdravý a atypický vývoj lidského mozku.

„Během několika posledních let učinilo mnoho různých výzkumných skupin molekulární profily rozvíjejícího se lidského mozku,“ řekla Patricia R. Nano, první autorka příspěvku, Medical Xpress. „Vzhledem k složitosti mozku však každý z těchto profilů pochopitelně pokrývá pouze určité časové body vývoje mozku.“

Studie týmu začala jako malý postranní projekt zaměřený na lepší porozumění velkým datovým souborům shromážděným v posledních desetiletích a jejich integraci do „meta-atlasu“ genové exprese na úrovni jednobuněk. Poté, co však vytvořili toto meta-atlas, Bhaduri, Nano a jejich kolegové si uvědomili, že by jej mohli použít k identifikaci genových modulů, které řídí specializaci buněk.

„Jakmile jsme viděli, že tyto moduly by mohly představovat, jak se vytvářejí a zdokonalují různé typy buněk, věděli jsme, že máme něco, co by mohlo ostatním pomoci ostatním zkoumat vyvíjející se lidský mozek,“ řekl Nano. „Naše práce se pak rozšířila na papír, který se rozhodl nejen identifikovat moduly, které formují lidský mozek, ale také otestovat funkce těchto modulů v modelech člověka Vývoj mozku“

Jako první krok ve své studii vědci kombinovali a kolektivně analyzovali data shromážděná v předchozím výzkumu, který využíval techniky sekvenování jednobuněčných RNA. Tato data v podstatě popisují genovou aktivitu v jednotlivých buňkách během vývoje mozku.

„Shlukováním genů, které vykazovaly podobné expresní vzorce napříč těmito různými datovými sadami, jsme identifikovali„ genové koexpresivní sítě “nebo moduly, které představují skupiny genů pracujících během specifických vývojových fází,“ vysvětlil Bhaduri.

„Abychom ověřovali naše zjištění, testovali jsme, zda byly tyto moduly aktivní ve skutečných mozkových tkáních lidských mozků, což potvrzuje jejich expresní vzorce pomocí mikroskopie a metod barvení.“

Poté, co potvrdili, že identifikované genové moduly byly aktivní ve skutečných tkáních lidských mozků, vědci provedli další experimenty pomocí modelů mozkových organoidů, které jsou trojrozměrné (3D) a miniaturizované modely vyvíjejícího se lidského mozku vytvořeného pomocí kmenových buněk. Pomocí těchto modelů experimentálně ověřili, že tyto moduly přispěly k tvorbě specifických typů neuronů.

„Naše studie identifikovala a ověřovala specifické genové sítě, které řídí vývoj odlišných neuronových podtypů v lidské mozkové kůře,“ řekl Bhaduri. „Například jsme charakterizovali moduly nezbytné pro vytváření hlubokých neuronů a odhalili dříve neznámé role pro geny spojené s poruchami neurodevelopmentů.“

Studie shromáždila nový cenný vhled do genetických procesů, které podporují vznik člověka mozková kůraSložitost v raných stádiích vývoje.

V budoucnu by meta-atlas vytvořené vědci také mohly pomoci lépe porozumět přesným genetickým a molekulárním mechanismům za vývojem různých vývojových poruch, včetně autismu a mentálního postižení.

„To, co nám lidé řekli, abychom byli obzvláště užitečný, je skutečnost, že z datových sad vyrobených různými laboratořemi v různých časech jsme byli schopni identifikovat genové moduly, které popisují, jak vyvstávají buněčné osudy – poskytovat způsoby, jak přijímat mapy lidského mozku a extrahovat mechanismy, kterými se tvoří,“ řekl Nano.

„Podobně jako u zmíněného příkladu Aparna mohou naše moduly odhalit nové způsoby, které geny rizika onemocnění mohou kontrolovat specifické typy buněk v mozku.“

Bhaduri, Nano a její kolegové doufají, že meta-atlas, které vytvořili, budou cenným zdrojem pro jiné výzkumné skupiny po celém světě. Například by to mohlo pomoci neurovědkům, aby se u jedinců narušili genové sítě, které jsou diagnostikovány specifické vývojové a neurologické poruchy, které by se zase mohly zaměřit novými terapeutickými intervencemi.

„Jsme velmi nadšeni, že můžeme i nadále chápat, jak se lidský mozek stane a jak jsou tyto genové programy důležité při zdravém vývoji a neurologických poruchách,“ dodal Bhaduri.

„Například jsme použili Podobný přístup k meta-atlasu v glioblastomusmrtící rakovina mozku a integrují naše meta-atlas lidský mozek Vývoj s dalšími opatřeními funkce kmenových buněk a rozhodování.

„Máme také zájem o další zkoumání dalšího Neurodevelopmentální poruchy a porovnání modulů z tohoto vývojového atlasu s těmito vývojovými trajektoriemi. “

© 2025 Science X Network