Показаны первые результаты работы над многомерным атласом развития клеток мозга
фото: Tomasz J. Nowakowski et al. / Nature, 2025
В рамках амбициозного проекта Brain Initiative Cell Atlas Network (BICAN), инициированного в 2022 году, исследовательские коллективы из различных стран обнародовали первые результаты комплексного анализа клеточных атласов мозга мыши, макаки и человека. Данный проект направлен на всестороннее изучение динамики и механизмов изменений в структуре и функциях мозга на различных этапах его онтогенеза, начиная с эмбрионального периода и до достижения зрелости. Полученные данные, представленные в 12 престижных научных публикациях, подчеркивают значимость и многоаспектность проведенных исследований.
Человеческий мозг, как одна из самых сложных биологических систем, обладает уникальной способностью трансформировать сенсорную информацию в комплексные эмоциональные и поведенческие реакции. Эта функциональная специфика обусловлена значительным разнообразием клеточных типов, которые начинают дифференцироваться уже на ранних стадиях эмбрионального развития и продолжают свое развитие в постнатальный период, особенно активно в детском и подростковом возрасте. Процессы нейрогенеза у человека характеризуются более продолжительным временным окном по сравнению с другими представителями млекопитающих, что увеличивает риск возникновения генетических мутаций и, как следствие, нарушений нейроразвития, таких как аутизм, синдром дефицита внимания и гиперактивности (СДВГ) или шизофрения. Для глубокого понимания этиопатогенеза этих заболеваний необходимо детальное исследование молекулярных механизмов, регулирующих пролиферацию, миграцию, дифференцировку и функциональную активность нервных клеток.
Читайте также
Современные методы молекулярной биологии и биоинформатики, включая транскриптомику, эпигеномику и геномное картирование, позволили провести беспрецедентный анализ клеточного состава мозга. В рамках проекта BICAN удалось идентифицировать более пяти тысяч уникальных клеточных типов в мозге взрослых мышей и людей. Эти данные предоставляют фундаментальную основу для дальнейших исследований в области нейробиологии и разработки инновационных терапевтических стратегий.
Томаш Новаковски из Калифорнийского университета и его коллеги представили первые результаты исследования развития нейронов и глиальных клеток в мозге мыши, макаки и человека. Анализ более 770 тысяч клеток зрительной коры показал, что их клеточное разнообразие значительно увеличивается после рождения. Использование метода BARseq для исследования 10,3 миллиона клеток коры мыши позволило выявить влияние сенсорной стимуляции на структурную и функциональную организацию мозга.
Детальное изучение тормозных нейронов продемонстрировало, что их развитие является высокоспецифичным и зависит от области мозга. В частности, миграция преоптических нейронов гипоталамуса, которые играют ключевую роль в регуляции гомеостаза и социального поведения, продолжается на протяжении постнатального периода. Анализ клеточных линий коры головного мозга человека выявил, что в середине гестационного периода происходит переключение с глутаматергического на ГАМК-ергический нейрогенез, что является важным этапом в развитии тормозных функций мозга.
Сравнительный анализ клеточных атласов различных видов млекопитающих показал, что большинство типов ГАМК-ергических нейронов являются консервативными и присутствуют у всех исследованных видов. Однако у приматов и человека были идентифицированы уникальные клеточные популяции, которые могут играть специфическую роль в когнитивных и поведенческих функциях. Кроме того, исследования доступности хроматина, динамики факторов транскрипции и развития нервных волокон и глиальных клеток у новорожденных мышей позволили получить новые данные о молекулярных механизмах, регулирующих нейрогенез и синаптогенез.
Результаты проведенных исследований подчеркивают важность изучения генетических и молекулярных основ развития мозга для выявления новых закономерностей и потенциальных терапевтических мишеней. Клеточные атласы мозга, созданные с использованием современных технологий, предоставляют уникальную возможность для моделирования патологических процессов и разработки инновационных методов лечения нарушений нейроразвития.
Научные группы, работающие в рамках проекта BICAN, активно сотрудничают с коллегами, изучающими другие биологические системы, такие как иммунная система, нервная система крысы и коннектом дрозофилы. Параллельно начались исследования по созданию полного клеточного атласа человека, что открывает новые перспективы для углубленного понимания функционирования человеческого мозга и разработки персонализированных подходов к лечению заболеваний, пишет источник.
