22 septembre
La plus importante subvention de l'histoire de Salk permet d'établir un nouveau Centre pour l'Atlas des cellules cérébrales humaines multiomiques afin de détailler les nombreuses cellules individuelles qui composent le cerveau humain : leurs caractéristiques moléculaires, où elles se trouvent et comment elles évoluent avec l'âge.
La plus importante subvention de l'histoire de Salk permet d'établir un nouveau Centre pour l'Atlas des cellules cérébrales humaines multiomiques afin de détailler les nombreuses cellules individuelles qui composent le cerveau humain : leurs caractéristiques moléculaires, où elles se trouvent et comment elles évoluent avec l'âge.
LA JOLLA — Grâce à une subvention de 126 millions de dollars sur cinq ans des National Institutes of Health (NIH), une équipe dirigée par des scientifiques du Salk Institute a lancé un nouveau Centre d'atlas multiomique des cellules cérébrales humaines. Ce centre fait partie du programme des NIH. Recherche sur le cerveau grâce à l'avancement des neurotechnologies innovantesInitiative ® (BRAIN)Le projet vise à décrire les cellules qui composent le cerveau humain avec une précision moléculaire inédite, à classer les cellules cérébrales en sous-types plus précis et à localiser précisément chaque cellule dans le cerveau. De plus, l'équipe suivra l'évolution de ces caractéristiques du début à la fin de la vie.
L'objectif est de mieux comprendre le fonctionnement et le vieillissement du cerveau humain neurotypique. Le projet établira également une base de référence permettant aux scientifiques de comparer des cerveaux atteints de maladies neurologiques ou psychiatriques telles que la maladie d'Alzheimer, l'autisme, la dépression et les traumatismes crâniens.
« La carte cérébrale que nous développons pourrait aider à orienter les chercheurs sur les maladies dans la bonne direction. Par exemple, nous pourrions dire : « C'est la région du génome, dans ce sous-ensemble spécifique de neurones, dans cette partie du cerveau, où un événement moléculaire se produit et provoque cette maladie », explique le professeur Joseph Ecker, directeur du laboratoire d'analyse génomique de Salk et chercheur à l'Institut médical Howard Hughes. « À terme, ces informations pourraient nous aider à concevoir des thérapies géniques ciblant uniquement les populations cellulaires nécessaires, en délivrant les bons gènes au bon endroit et au bon moment. »
En plus d'Ecker, le Centre pour l'Atlas des cellules cérébrales humaines multiomiques comprend Margarita Behrens, professeur de recherche à Salk, Bing Ren à l'UC San Diego, Xiangmin Xu à l'UC Irvine et Ting Wang à l'Université Washington à Saint-Louis.
Salk recevra environ 77 millions de dollars du financement du centre, ce qui en fait la plus importante subvention que l'Institut ait reçue au cours de ses 62 ans d'histoire.
Commencement
Le Centre d'atlas multiomique des cellules cérébrales humaines, qui fait partie du nouveau réseau d'atlas cellulaires de l'initiative BRAIN du NIH, s'appuie sur cinq années d'efforts pour cartographier le cerveau de la souris, un projet autrefois connu sous le nom de réseau de recensement cellulaire de l'initiative BRAIN. Un numéro spécial de Nature publié en octobre 2021 décrit les résultats de cet effort, y compris la manière dont les différents types de cellules sont organisés et connectés dans tout le cerveau de la souris.
« De la même manière que nous avons appris à voyager dans l'espace lors de courts séjours sur la Lune, le projet de cartographie du cerveau de la souris nous a beaucoup appris sur la façon d'appréhender un cerveau beaucoup plus grand et sur les types d'informations génomiques nécessaires pour cartographier véritablement le cerveau humain », explique Behrens. « Ce projet illustre à quel point le travail d'équipe peut être fructueux en science ; ce type de projet ne peut être mené à bien dans un seul laboratoire. »
Cartographier le cerveau humain
Au Centre d'Atlas des Cellules Cérébrales Humaines Multiomiques, les chercheurs examineront 1,500 30 échantillons cérébraux (50 cerveaux humains d'âges divers, XNUMX régions chacun). Le centre s'intéresse principalement à l'épigénétique – les événements moléculaires qui influencent l'activation ou la désactivation des gènes dans un type cellulaire donné ou à un moment précis – plutôt qu'aux séquences génétiques de chaque cellule. Le centre tiendra également compte de la localisation des cellules. La localisation est importante car les cellules communiquent entre elles, explique Ecker.
Les membres de l'équipe de l'UC Irvine se chargeront principalement de l'acquisition des échantillons cérébraux. Les scientifiques de Salk isoleront chaque noyau de chaque cellule dans chaque région et enregistreront des détails moléculaires tels que l'architecture de la chromatine et la méthylation de l'ADN (c'est-à-dire la structure 3D des chromosomes et la manière dont ils sont modifiés par des marqueurs chimiques). À l'UC San Diego, le laboratoire de Ren étudiera les modifications de la chromatine et l'expression des gènes.
« Essentiellement, nous voulons prendre des millions, voire des centaines de millions de cellules cérébrales, apprendre tout ce que nous pouvons sur leur épigénétique et la façon dont leur chromatine est organisée et les projeter dans un contexte spatial afin que nous puissions voir où ces cellules vivent et comprendre comment toutes les cellules de n'importe quelle région du cerveau sont organisées, et à tout âge », explique Ecker, qui est également titulaire de la chaire Salk International Council en génétique.
« À l’heure actuelle, nous ne disposons pratiquement d’aucune donnée de ce type sur le cerveau humain. »
Technologie et données
Généralement, lorsque les chercheurs étudient une cellule isolée, celle-ci est isolée du reste du cerveau, ce qui limite les conclusions possibles. Pour remédier à ce problème, l'équipe d'Ecker utilisera une nouvelle technique appelée transcriptomique spatiale pour distinguer les cellules selon leurs données génétiques et utiliser ces informations pour les localiser à leur emplacement d'origine.
Bon nombre des autres techniques que l'équipe appliquera ont été développées par les chercheurs eux-mêmes. Par exemple, l'équipe d'Ecker a passé cinq ans à développer snmCATseq, une technologie qui analyse simultanément l’ADN, l’ARN et la chromatine ouverte d’une seule cellule.
Ecker estime que son laboratoire générera à lui seul 11 pétaoctets de données brutes au cours du projet, soit l'équivalent de 171,875 64 clés USB (XNUMX Go chacune), ce qui témoigne de l'expertise et des ressources du centre en biologie computationnelle, stockage et analyse de données. Les membres de l'équipe de l'Université Washington seront responsables de la gestion et de l'intégration des données.
« Avec l'annonce des bourses BICAN, nous réalisons une transition passionnante dans le programme global de recensement cellulaire de l'Initiative BRAIN, lancé en 2014 », a déclaré John Ngai, directeur de l'Initiative BRAIN du NIH. « Ces bourses permettront aux chercheurs d'explorer les multiples caractéristiques des plus de 200 milliards de neurones et de cellules non neuronales du cerveau humain avec une précision et une ampleur sans précédent. Un véritable exploit en matière de technologies de pointe et de collaboration de recherche inter-équipes qui révélera de nouveaux paradigmes pour comprendre comment des modifications pathologiques de groupes particuliers de cellules cérébrales pourraient provoquer des troubles neurologiques et neuropsychiatriques. »
À propos de l'initiative NIH BRAIN :
Le NIH Recherche sur le cerveau grâce à l'avancement des neurotechnologies innovantes L'initiative (BRAIN) est un projet de grande envergure visant à approfondir la compréhension du fonctionnement interne du cerveau humain et à améliorer le traitement, la prévention et la guérison des troubles cérébraux. Depuis son financement initial en 2014, l'initiative BRAIN a octroyé plus de 2.4 milliards de dollars de subventions de recherche. Le réseau BRAIN Cell Census (carte du cerveau de la souris) et le réseau BRAIN Cell Atlas (carte du cerveau humain) sont des sous-ensembles de l'initiative BRAIN.
À propos du Salk Institute for Biological Studies :
Chaque guérison a un point de départ. L'Institut Salk incarne la mission de Jonas Salk : oser transformer les rêves en réalité. Ses scientifiques, reconnus internationalement et primés, explorent les fondements mêmes de la vie, à la recherche de nouvelles connaissances en neurosciences, génétique, immunologie, biologie végétale et bien plus encore. L'Institut est une organisation indépendante à but non lucratif et un monument architectural : petit par choix, intime par nature et courageux face à tous les défis. Qu'il s'agisse de cancer, d'Alzheimer, de vieillissement ou de diabète, Salk est le point de départ des guérisons. Pour en savoir plus, rendez-vous sur : salk.edu.
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