Mapeamento cerebral descobre diferenças neuronais


Apesar dos avanços significativos na neurociência, estamos longe de saber o que cada neurônio no cérebro humano faz e parece. Novas pesquisas, no entanto, nos aproximam desse conhecimento enciclopédico.

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Novas pesquisas usam uma técnica inovadora de mapeamento cerebral para investigar a miríade de diferenças individuais entre as células cerebrais.

Usando métodos moleculares, pesquisadores do Instituto Salk de Estudos Biológicos em La Jolla, Califórnia – em colaboração com a Universidade da Califórnia (UC), em San Diego – foram capazes de mapear as diferenças individuais nos neurônios para um nível de detalhe sem precedentes.

Os resultados têm implicações clínicas importantes para distúrbios neuropsiquiátricos, como autismo e esquizofrenia.

A equipe foi liderada em conjunto por Joseph Ecker, diretor do Laboratório de Análise Genômica de Salk, Margarita Behrens, cientista sênior do Salk Institute, e Eran Mukamel, do Departamento de Ciência Cognitiva da Universidade de San Diego. Suas descobertas foram publicadas na revista Ciência.

Os primeiros autores do estudo são Chongyuan Luo, pesquisador associado do Salk Institute, e Christopher Keown, estudante de ciências cognitivas da UC San Diego.

Luo e colegas examinaram neurônios no cérebro de um rato e no cérebro humano. Esforços anteriores de identificação de células únicas se concentraram em uma análise de mRNA, mas, explicam os pesquisadores, o RNA pode mudar sob a influência do meio ambiente.

Os metilomes de DNA, por outro lado, tendem a ser estáveis ​​ao longo da vida adulta, então os pesquisadores decidiram usá-los para a identificação dos neurônios.

Os metilomes do DNA são o resultado do processo de metilação do DNA – isto é, a adição de grupos metila às bases de uma molécula de DNA, o que leva a alterações epigenéticas.

Durante as alterações epigenéticas, a expressão do gene é alterada – o que significa que ele pode ser “ativado” ou “desativado” – mas a sequência genética ou seu código não muda.

Os pesquisadores usaram um protocolo de seqüenciamento de metiloma de célula única que eles desenvolveram para o estudo e o aplicaram às células cerebrais no córtex frontal de um camundongo adulto jovem e um humano adulto jovem.

Eles aplicaram o protocolo de seqüenciamento a um total de 3.377 neurônios de ratos (gerando metilomes e cobrindo 4,7% do genoma de ratos) e 2.784 neurônios humanos (cobrindo 5,7% do genoma humano).

As células cerebrais têm dois tipos de metilação, em oposição a outros tipos de células que possuem apenas um, e os pesquisadores mapearam os dois tipos.

No total, os cientistas catalogaram alterações epigenéticas em mais de 6.000 células cerebrais – o equivalente a um trilhão de bases de DNA.

Com base nos padrões de metilação, os pesquisadores foram capazes de agrupar os neurônios do mouse em 16 subtipos e os humanos em 21 subtipos. Os cientistas também definiram novos subtipos de neurônios humanos.

Significativamente, os pesquisadores descobriram que os padrões de metilação dos neurônios inibitórios eram mais semelhantes entre camundongos e seres humanos do que os das células cerebrais excitatórias. Isso sugere que os neurônios inibitórios são particularmente importantes e que pode ter havido uma razão evolutiva para preservar aproximadamente os mesmos padrões para esses neurônios.

Os autores falaram com Notícias médicas hoje sobre o significado de suas descobertas, dizendo: “Nosso estudo, pela primeira vez, examinou a diversidade de neurônios em seres humanos.[s] e [mice] usando uma plataforma técnica uniforme. ”

“Estamos empolgados com a observação de que [the] cérebro humano mostra maior diversidade de tipos de neurônios do que [the] cérebro de camundongo, que é consistente com funções corticais mais elaboradas em humanos ”, acrescentaram.

Os pesquisadores também conversaram com MNT sobre as implicações clínicas de suas descobertas.

Para muitas doenças psiquiátricas, como autismo ou esquizofrenia, os tipos exatos de células responsáveis ​​pela doença permanecem indescritíveis. A maioria dos estudos anteriores não conseguiu separar os tipos de células […] O método que desenvolvemos estende a resolução ao nível de célula única, potencialmente permitindo [us] identificar tipos de células que desempenham um papel causal em doenças neurológicas. ”

“Nosso estudo permite a identificação de regiões reguladoras de genes específicos para subtipos de neurônios e, portanto, ajudará na interpretação de variantes genéticas associadas a distúrbios neurológicos”, acrescentou a equipe.

A principal força da nova pesquisa é, de acordo com os autores, “a única vantagem de revelar como os genes estão sendo regulados em cada tipo de neurônio”, o que é possível ao caracterizar os epigenomos de neurônios individuais.

Os pesquisadores também compartilharam conosco seus planos para pesquisas futuras, dizendo: “Embora tenhamos analisado apenas uma área do cérebro no presente estudo (córtex frontal), estamos animados em começar a aplicar esse método agora em todo o cérebro do mouse e, eventualmente, em [the] cérebro humano inteiro, tanto normal quanto doente. ”



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