Ricerche

Un team di ricercatori ha messo a punto il primo metodo scalabile per identificare i diversi sottotipi di neuroni del cervello umano.

Questa ricerca pone le basi per l'attività di "mappatura" dei geni nel cervello umano e potrebbe contribuire a fornire una migliore comprensione delle sue funzioni e dei suoi disturbi, tra cui l'Alzheimer, il Parkinson, la schizofrenia e la depressione.

Isolando e analizzando il nucleo di singole cellule del cervello umano, i ricercatori hanno identificato 16 sottotipi neuronali nella corteccia cerebrale, lo strato esterno di tessuto neurale del cervello responsabile delle funzioni cognitive che comprendono la memoria, l'attenzione e il processo decisionale.

Il team, guidato da ricercatori della University of California di San Diego, dello Scripps Research Institute (TSRI) e di Illumina, ha pubblicato le sue scoperte on-line il 24 giugno sulla rivista Science. "Stiamo fornendo un quadro unitario per esaminare e confrontare singoli neuroni, per scoprire quanti tipi unici di neuroni esistono", ha detto Zhang Kun, professore di bioingegneria all'Università della California di San Diego e autore corrispondente dello studio.

I ricercatori possono usare questi sottotipi neuronali diversi per costruire quella che Zhang chiama "mappa di riferimento" del cervello umano, uno dei fondamentali per capire le differenze tra un cervello sano e uno malato. "In futuro, i pazienti con disturbi o anomalie cerebrali potranno essere diagnosticati e trattati in base a come si differenziano dalla mappa di riferimento. Questo è analogo a quello che è stato fatto con la mappa di riferimento del genoma umano", ha detto Zhang.

Il nuovo studio riflette la crescente comprensione che le singole cellule cerebrali sono uniche: esprimono diversi tipi di geni e svolgono funzioni diverse. Per comprendere meglio questa diversità, i ricercatori hanno analizzato più di 3.200 singoli neuroni umani in sei aree di Brodmann, che sono le regioni della corteccia cerebrale classificate per la funzione e l'organizzazione dei neuroni.

Attraverso uno sforzo di collaborazione interdisciplinare, il team ha sviluppato un nuovo metodo per isolare e sequenziare i singoli nuclei delle cellule. Ricercatori del TSRI, guidati dal professore di neuroscienze Jerold Chun, hanno ottenuto campioni da un cervello post mortem e si sono concentrati sull'isolamento dei nuclei neuronali. Il laboratorio di Zhang ha lavorato con Fluidigm, un produttore di chip microfluidici per gli studi unicellulari, per sviluppare un protocollo che identifica e quantifica le molecole di RNA nei singoli nuclei neuronali. Gli scienziati di Illumina di San Diego hanno sequenziato le librerie di RNA derivanti. I ricercatori guidati dal professore di biochimica Wei Wang alla UC San Diego hanno sviluppato algoritmi per raggruppare e identificare 16 sottotipi neuronali dai set di dati sequenziati.

I ricercatori hanno decifrato quali tipi di geni sono "attivati" all'interno di ogni nucleo e hanno rivelato che varie combinazioni dei 16 sottotipi tendevano a raggrupparsi in strati corticali e nelle aree di Brodmann, aiutando così a spiegare perché queste regioni hanno apparenze e funzioni diverse.

I neuroni hanno mostrato molte differenze nei loro profili trascrittomici (i modelli di geni che sono espressi attivamente da queste cellule), rivelando che ci sono neuroni singoli con caratteristiche condivise, e anche uniche, che probabilmente portano a differenza nella funzione cellulare.

"Stiamo trovando nuovi modi per capire gli elementi di base del cervello", ha detto Blue Lake, ricercatore post-dottorato nel laboratorio di Zhang e primo co-autore dello studio. "Il nostro studio apre la porta all'esame dei modelli di espressione genica globale e come ciò definisce i tipi di cellule all'interno di un tessuto normale, che può essere usato anche per vedere cosa c'è di anormale in termini di malattie o disturbi".

Negli studi futuri, i ricercatori intendono analizzare i neuroni in altre aree di Brodmann del cervello e capire quali sottotipi esistono in altre regioni del cervello. Hanno inoltre in programma di studiare i neuroni da diversi cervelli umani post mortem (questo studio ne ha coinvolto solo uno) per indagare sulla diversità neuronale tra gli individui.