zhrnutie: Nová štúdia predstavuje BARseq, rýchlu a nákladovo efektívnu metódu na mapovanie mozgových buniek a odhaľuje nové poznatky o tom, ako sú naše mozgy štruktúrované na bunkovej úrovni. Výskumníci použili BARseq na klasifikáciu miliónov neurónov vo viacerých mozgoch myší a objavili jedinečné „bunkové podpisy“, ktoré definujú každú oblasť mozgu.

Štúdia tiež zdôraznila, ako zmyslová deprivácia, ako je strata zraku, môže dramaticky reorganizovať tieto nervové štruktúry, čím sa podčiarkuje dôležitosť zmyslových skúseností pri formovaní mozgu. Tento nový nástroj nielenže posúva naše chápanie štruktúry mozgu, ale otvára aj možnosti na skúmanie zmien mozgu súvisiacich s chorobami.

Kľúčové fakty:

1. Technológia BARseq umožňuje rýchle a komplexné mapovanie neurónov v mozgu, pričom identifikuje odlišné bunkové podpisy jedinečné pre každú oblasť mozgu.
2. Zmyslové skúsenosti, najmä zrak, hrajú kľúčovú úlohu pri udržiavaní a formovaní odlišných bunkových identít rôznych oblastí mozgu.
3. Metóda BARseq je lacnejšia a rýchlejšia ako predchádzajúce techniky mapovania mozgu a poskytuje výskumníkom širší prístup na vykonávanie pokročilých štúdií mozgu.

zdroj: Allenov inštitút

Vedci už dlho vedia, že naše mozgy sú usporiadané do špecializovaných oblastí, z ktorých každá zodpovedá za iné úlohy. Napríklad zraková kôra spracováva to, čo vidíme, zatiaľ čo motorická kôra riadi pohyb. ale ako Ako tieto oblasti vyzerajú – a ako sa líšia ich neurónové stavebné bloky – zostáva záhadou.

Štúdia zverejnená dnes v prírody Vrhá nové svetlo do bunkovej krajiny mozgu. Výskumníci z Allenovho inštitútu pre vedu o mozgu použili pokročilú metódu s názvom BARseq na rýchlu klasifikáciu a zmapovanie miliónov neurónov v deviatich myšacích mozgoch.

Zistili, že hoci oblasti mozgu zdieľajú rovnaké typy neurónov, špecifická kombinácia týchto buniek dáva každej oblasti odlišný „podpis“, podobný bunkovej ID karte.

Tím tiež skúmal, ako senzorický vstup ovplyvňuje tieto bunkové podpisy. Zistili, že myši bez zraku zaznamenali významnú reorganizáciu bunkových typov vo vizuálnej kôre, čo viedlo k rozmazaným rozdielom so susednými oblasťami.

Tieto transformácie neboli obmedzené na vizuálnu oblasť, ale skôr sa vyskytli v polovici kortikálnych oblastí, aj keď v menšom rozsahu.

Štúdia podčiarkuje kľúčovú úlohu zmyslových zážitkov pri formovaní a udržiavaní jedinečnej bunkovej identity každej oblasti mozgu.

„BARseq nám umožňuje s bezprecedentnou presnosťou vidieť, ako zmyslové vstupy ovplyvňujú vývoj mozgu,“ povedal Xiaoyin Chen, Ph.D., vedúci autor štúdie a výskumný pracovník v Allenovom inštitúte.

„Tieto rozsiahle zmeny zdôrazňujú, aká dôležitá je vízia pri formovaní nášho mozgu, dokonca aj na základnej úrovni.“

Nový výkonný nástroj na mapovanie mozgu

Predtým bolo zachytenie jednobunkových údajov vo viacerých mozgoch ťažké, povedala Mara Rowe, Ph.D., spoluautorka a vedkyňa z Allenovho inštitútu. BARseq je však lacnejší a menej časovo náročný ako podobné techniky mapovania, hovorí, čo umožňuje výskumníkom skúmať a porovnávať molekulárnu architektúru na úrovni mozgu u viacerých jednotlivcov.

BARseq označuje jednotlivé mozgové bunky jedinečnými „čiarovými kódmi“ RNA, aby bolo možné sledovať ich spojenia v mozgu. Tieto údaje v kombinácii s analýzou génovej expresie umožňujú vedcom identifikovať a kvantifikovať veľké množstvo neurónov v tkanivových rezoch.

V tejto štúdii výskumníci použili BARseq ako nezávislú metódu na rýchlu analýzu génovej expresie vo vzorkách zdravého tkaniva. Len za tri týždne vedci zmapovali viac ako 9 miliónov buniek z ôsmich mozgov.

Rozsah a rýchlosť BARseq poskytuje vedcom nový výkonný nástroj na ponorenie sa hlbšie do zložitosti mozgu, povedal Chen.

„BARseq nám umožňuje posunúť sa za hranice mapovania toho, ako vyzerá ‚typický‘ alebo ‚štandardný‘ mozog, a začať ho používať ako nástroj na pochopenie toho, ako sa mozgy menia a diverzifikujú,“ povedal Chen. „S touto priepustnosťou si teraz môžeme klásť tieto otázky veľmi systematickým spôsobom, čo je pri iných technológiách nepredstaviteľné.“

Chen a Ru potvrdili, že metóda BARseq je voľne dostupná. Dúfajú, že ich štúdia povzbudí ďalších výskumníkov, aby ju použili na štúdium regulačných princípov mozgu alebo zameranie sa na typy buniek spojené s chorobami.

„Nie je to niečo, čo môžu robiť len veľké laboratóriá,“ povedal Rowe. „Naša štúdia je dôkazom princípu, že BARseq umožňuje širokému spektru ľudí v tejto oblasti využívať priestorovú transkriptomiku na zodpovedanie ich vlastných otázok.“

O správach o mapovaní mozgu a výskume neurotechnológií

autor: Peter Kim
zdroj: Allenov inštitút
komunikácia: Peter Kim – Allenov inštitút
obrázok: Obrázok pripísaný Neuroscience News

Pôvodné vyhľadávanie: Otvorený prístup.
„Sekvenovanie in situ celého kortexu odhaľuje identitu oblasti závislú od vstupu“Od Xiaoyin Chen a kol. prírody

Súhrn

Sekvenovanie in situ celého kortexu odhaľuje identitu oblasti závislú od vstupu

Mozgová kôra pozostáva z typov neurónov s rôznou expresiou génov, ktoré sú organizované do špecializovaných kortikálnych oblastí. Tieto oblasti, z ktorých každá sa vyznačuje odlišnou bunkovou štruktúrou, konektivitou a neurónovou aktivitou, sú spojené do modulárnych sietí.

Zostáva však nejasné, či sa tieto priestorové organizácie odrážajú v nervových transkripčných podpisoch a ako sa tieto podpisy generujú vo vývoji.

Tu sme použili BARseq, vysoko výkonnú in situ sekvenčnú technológiu, aby sme preskúmali expresiu 104 markerových génov bunkového typu v 10,3 miliónoch buniek, vrátane 4 194 658 kortikálnych neurónov na deviatich hemisférach predného mozgu myší, pri bunkovom rozlíšení. De novo zostavenie génovej expresie v jednotlivých neurónoch odhalilo transkriptómy konzistentné s predchádzajúcimi štúdiami jednobunkovej RNA-seq. Zloženie typov transkriptómov významne predpovedá identitu kortikálnej oblasti.

Okrem toho oblasti obsahujúce podobné kompozície transkripčných typov, ktoré sme definovali ako kortikálne moduly, sa prekrývajú s vysoko prepojenými oblasťami, čo naznačuje, že rovnaká modulárna organizácia sa odráža v transkripčných podpisoch aj v konektivite.

Aby sme preskúmali, ako transkripčné profily kortikálnych neurónov závisia od vývoja, hodnotili sme distribúciu typov buniek po novorodeneckej binokulárnej resekcii.

Najmä binokulárna ablácia spôsobila, že kompozičné profily vizuálnych oblastí bunkového typu sa posunuli smerom k susedným kortikálnym oblastiam v rámci tej istej jednotky, čo naznačuje, že periférne vstupy zostrujú odlišné transkripčné identity oblastí v rámci kortikálnych jednotiek.

Vďaka vysokej priepustnosti, nízkej cene a reprodukovateľnosti BARseq naša štúdia poskytuje dôkaz princípu použitia rozsiahleho in situ sekvenovania na odhalenie molekulárnej architektúry na úrovni mozgu a pochopenie jej vývoja.