أنتج تعاون عالمي الأطلس الأكثر شمولاً في العالم لدماغ الرئيسيات، والذي يحتوي على 4.2 مليون خلية، ويكشف عن وظيفة مناطق محددة وارتباطاتها بالأمراض العصبية، مما يمهد الطريق لأبحاث الدماغ المستقبلية والتدخل في الأمراض. تم تحليل أكثر من 4 ملايين خلية لإنشاء أكبر أطلس حتى الآن، مما يساعد على استكشاف تطور الدماغ البشري والأهداف الجديدة للمرض والعلاج.
أحد الألغاز القديمة في العلم هو كيف تعمل أكثر من 100 مليون خلية عصبية معًا لتشكل شبكة تشكل أساس هويتنا - كل فكرة، وعاطفة، وسلوك لدينا.
لقد كان رسم خرائط هذه المجموعات الخلوية واكتشاف وظائفها هدفًا طويل المدى لعشرات من رسامي الخرائط الجزيئية في القرن الحادي والعشرين حول العالم كجزء من مشروع شبكة تعداد الخلايا لمبادرة الدماغ التابعة للمعاهد الوطنية للصحة. الهدف العام للأطلس هو المساعدة في تطوير أبحاث علم الأعصاب. والأمل هو أن يسمح المشروع للعلماء بفهم أفضل لاضطرابات الدماغ والأسرار الطبية المحيرة التي تكمن وراء حالات مثل التوحد والاكتئاب.
والآن، تكشف سلسلة جديدة من الدراسات عن سمات واسعة للعمل الجزيئي داخل الدماغ بمستوى وحجم غير مسبوقين.
لفهم تطور أدمغة الإنسان والحيوان بشكل أفضل، قام فريق من الباحثين بقيادة علماء من جامعة ولاية أريزونا، وجامعة بنسلفانيا، وجامعة واشنطن، ومعهد بروتمان بارتي بإنشاء أكبر خريطة في العالم لدماغ الرئيسيات.
وقال نوح سنايدر ماكلر، كبير المؤلفين المشاركين، والأستاذ المشارك في كلية علوم الحياة ومركز التطور والطب بجامعة ولاية أريزونا: "إن تحديد الخلايا الموجودة وماذا تفعل في دماغ الرئيسيات البالغ أمر بالغ الأهمية لفهم تطور الإدراك والسلوك البشري وتحديد ما يحدث عندما تسوء الأمور وتؤدي إلى مرض عصبي".
هدفهم هو تحديد وفحص العديد من خلايا الدماغ (العصبية وغير العصبية) وإجراء تحليلات جزيئية شاملة باستخدام أحدث تقنيات الخلية الواحدة.
وللقيام بذلك، استخدموا عينات من 30 منطقة مختلفة من الدماغ لرسم خريطة وبناء خريطة جديدة خلية تلو الأخرى. تتكون الخريطة النهائية من 4.2 مليون خريطة لخلايا دماغ الرئيسيات البالغة.
وقال جاي شندور، كبير المؤلفين المشاركين، أستاذ علوم الجينوم ومدير معهد بروتمان باتي في جامعة واشنطن: "إن بياناتنا هي أكبر وأشمل خريطة جزيئية متعددة الوسائط للرئيسيات حتى الآن، وهي ضرورية لاستكشاف عدد الخلايا في الدماغ التي تتوافق معًا لإنتاج سلوكيات معقدة في الرئيسيات، بما في ذلك البشر".
وقال مايكل بلات، أحد كبار المؤلفين المشاركين، وهو أستاذ في أقسام علم الأعصاب وعلم النفس والتسويق في جامعة بنسلفانيا: "ستوفر هذه البيانات أيضًا خريطة مهمة ومطلوبة بشدة للسلوكيات والأمراض الاجتماعية المعقدة المرتبطة بالإنسان، وتوفر أساسًا لتحديد كيفية تشابه واختلاف هذه الخلايا والشبكات عبر الأنواع".
قام العلماء بتحليل التعبير الجيني (2.58 مليون نسخة) ومجموعة كاملة من المناطق التنظيمية الجينية التكميلية للحمض النووي (1.59 مليون حلقة) في كل نواة خلية. مجتمعًا، سمح هذا التحليل "المتعدد الأوميات" للمؤلفين بدراسة المخططات الجزيئية التي تشكل أنواعًا مختلفة من خلايا الدماغ، مما يوفر الفرصة لدراسة الخلايا الرئيسية وحتى معالجتها بمزيد من التفصيل.
وباستخدام ملفات تعريف التعبير الجيني، تمكنوا من تحديد المئات من أنواع خلايا الدماغ المتميزة جزيئيًا. ووجدوا أيضًا أن التركيب الخلوي يختلف بشكل كبير في جميع أنحاء الدماغ، مما يكشف عن التوقيعات الخلوية لوظائف منطقة معينة، بدءًا من الناقلات العصبية المشاركة في اتصالات خلايا الدماغ لدعم الخلايا التي تساعد في تغذية وحماية الدماغ من أمراض مثل مرض الزهايمر.
واستخدموا البيانات لفحص 53 نمطًا ظاهريًا مرتبطًا بخطر الإصابة بالأمراض العصبية أو الاضطرابات أو المتلازمات أو السلوكيات أو غيرها من الخصائص. تلتقط النتائج التي توصلوا إليها الأدوار المعروفة لفئة الخلايا المتورطة في الأمراض العصبية، بما في ذلك الخلايا المشاركة في السكتة الدماغية الانسدادية العضلية، أو السكتة الدماغية الإقفارية، وهي السبب الرئيسي للوفاة في الأمراض العصبية.
ووجدوا أيضًا أن الجينات المرتبطة بمرض الزهايمر تميل إلى التواجد في المناطق التنظيمية للحمض النووي التي لا يمكن الوصول إليها إلا من خلال الخلايا الدبقية الصغيرة، وهي الخلايا المناعية الرئيسية في الدماغ التي تحمي الخلايا العصبية، بما يتوافق مع الدور البارز لتكاثر الخلايا الدبقية الصغيرة وتنشيطها في مرض الزهايمر الموجود في دراسات الارتباط على مستوى الجينوم (GWAS).
العديد من المناطق التنظيمية التي اكتشفوها كانت جديدة، مما سمح للفريق باستكشاف البنية الجينية لخطر الأمراض العصبية على المستوى الخلوي. وقال المؤلف الأول المشارك كينيث تشيو، وهو زميل ما بعد الدكتوراه في مركز UA للتطور والطب وكلية علوم الحياة: "لقد وجدنا العديد من الارتباطات بين الخطر الوراثي للأمراض العصبية والحالة اللاجينومية لأنواع معينة من الخلايا - وبعضها لم يتم ربطه بعد".
هناك نوع آخر من الخلايا - الخلايا السلة - أدى إلى إثراء معظم الأنماط الظاهرية لـ GWAS، بما في ذلك أمراض مثل الفصام، والاضطراب ثنائي القطب، والاضطراب الاكتئابي الشديد، والصرع. ووجدوا أيضًا أن المواقع المرتبطة بمرض باركنسون تم إثراءها أيضًا في المناطق المفتوحة من الخلايا الدبقية OPCs، والخلايا الدبقية قليلة التغصن، والخلايا النجمية.
أخيرًا، وجدوا في تحليلهم أن المواقع الجينية المرتبطة باضطراب نقص الانتباه وفرط النشاط (ADHD) تم إثراءها فقط في المناطق المفتوحة من الخلايا العصبية الشوكية المتوسطة. ترتبط الخلايا العصبية المتوسطة الشوكية بفرط النشاط السلوكي واضطرابات الانتباه من خلال تنشيط عملية تكوين التشابكات العصبية بوساطة الخلايا النجمية. تشير نتائجهم إلى أن الخلايا العصبية الشوكية قد تكون هدفًا جديدًا واعدًا للأبحاث المستقبلية المتعلقة باضطراب فرط الحركة ونقص الانتباه.
معًا، توفر الخرائط "متعددة الذرات" الآن لمجتمع الأبحاث العالمي مصدرًا مفتوحًا لمواصلة دراسة تطور الدماغ البشري وتحديد أهداف جديدة للتدخل في الأمراض.