Gli scienziati svelano mappe cellulari dettagliate del cervello umano e del cervello dei primati non umani

“La mappatura del panorama cellulare del cervello è un passo fondamentale verso la comprensione di come funziona questo organo vitale nella salute e nella malattia”, ha affermato Joshua A. Gordon, MD, Ph.D., direttore del National Institute of Mental Health. “Questi nuovi atlanti cellulari dettagliati del cervello umano e del cervello dei primati non umani offrono una base per la progettazione di nuove terapie che possano colpire le cellule cerebrali e i circuiti specifici coinvolti nei disturbi cerebrali”.

I 24 articoli contenuti in quest’ultima raccolta del BRAIN Initiative Cell Census Network (BICCN) descrivono in dettaglio la diversità eccezionalmente complessa delle cellule nel cervello umano e nel cervello dei primati non umani. Gli studi identificano somiglianze e differenze nel modo in cui sono organizzate le cellule e nel modo in cui i geni sono regolati nel cervello umano e nel cervello dei primati non umani. Per esempio:

• Tre articoli della raccolta presentano il primo atlante delle cellule del cervello umano adulto, mappando il panorama trascrizionale ed epigenomico del cervello. Il trascrittoma è l’insieme completo di letture dei geni in una cellula, che contiene le istruzioni per produrre proteine ​​e altri prodotti cellulari. L’epigenoma si riferisce alle modifiche chimiche del DNA e dei cromosomi di una cellula che alterano il modo in cui viene espressa l’informazione genetica della cellula.
• In un altro articolo, un confronto tra le proprietà cellulari e molecolari del cervello umano e di diversi cervelli di primati non umani (cervelli di scimpanzé, gorilla, macaco e marmoset) ha rivelato chiare somiglianze nei tipi, nelle proporzioni e nell’organizzazione spaziale delle cellule nella corteccia cerebrale. degli esseri umani e dei primati non umani. L’esame dell’espressione genetica delle cellule corticali nelle varie specie suggerisce che cambiamenti relativamente piccoli nell’espressione genetica nella linea genetica umana hanno portato a cambiamenti nel cablaggio neuronale e nella funzione sinaptica che probabilmente hanno consentito una maggiore plasticità cerebrale negli esseri umani, supportando la capacità del cervello umano di adattarsi, apprendere e cambiare.
• Uno studio che esplora come le cellule variano nelle diverse regioni del cervello negli uistitì ha trovato un legame tra le proprietà delle cellule nel cervello adulto e le proprietà di quelle cellule durante lo sviluppo. Il collegamento suggerisce che la programmazione dello sviluppo è incorporata nelle cellule quando si formano e vengono mantenute fino all’età adulta e che alcune proprietà cellulari osservabili in un adulto potrebbero avere origine molto presto nella vita. Questa scoperta potrebbe portare a nuove conoscenze sullo sviluppo e sul funzionamento del cervello nel corso della vita.
• Un’esplorazione dell’anatomia e della fisiologia dei neuroni nello strato più esterno della neocorteccia – parte del cervello coinvolta in funzioni di ordine superiore come la cognizione, i comandi motori e il linguaggio – ha rivelato differenze nel cervello umano e nel cervello del topo che suggeriscono che questa regione potrebbe essere un hotspot evolutivo, con cambiamenti negli esseri umani che riflettono le più elevate esigenze di regolazione dei circuiti cerebrali più complessi degli esseri umani.

Lo scopo principale del BICCN, uno sforzo innovativo per comprendere la composizione cellulare del cervello, è quello di sviluppare un inventario completo delle cellule del cervello: dove si trovano, come si sviluppano, come lavorano insieme e come regolano la loro attività. – per comprendere meglio come i disturbi cerebrali si sviluppano, progrediscono e vengono trattati al meglio.

“Questa serie di studi rappresenta un risultato fondamentale nel far luce sulla complessità del cervello umano a livello cellulare”, ha affermato John Ngai, Ph.D., direttore della NIH BRAIN Initiative. “Le collaborazioni scientifiche avviate attraverso la BICCN stanno spingendo il campo in avanti a un ritmo esponenziale; i progressi – e le possibilità – sono stati semplicemente mozzafiato.”

Il censimento dei tipi di cellule cerebrali nel cervello umano e nel cervello dei primati non umani presentato in questa raccolta di documenti costituisce un passo fondamentale verso lo sviluppo dei trattamenti cerebrali del futuro. I risultati pongono inoltre le basi per il BRAIN Initiative Cell Atlas Network, un progetto trasformativo che, insieme ad altri due progetti su larga scala (BRAIN Initiative Connectivity Across Scales e Armamentarium for Precision Brain Cell Access) mirano a rivoluzionare la ricerca neuroscientifica. illuminando i principi fondamentali che governano la base circuitale del comportamento e informando nuovi approcci al trattamento dei disturbi del cervello umano.

Edizione speciale del censimento delle cellule cerebrali di Science: https://www.science.org/toc/science/382/6667