6 octobre 2021
De nouveaux articles décrivent la diversité des neurones dans le cerveau de la souris et établissent des outils pour étudier le cerveau humain.
De nouveaux articles décrivent la diversité des neurones dans le cerveau de la souris et établissent des outils pour étudier le cerveau humain.
LA JOLLA — Il faut des milliards de cellules pour construire un cerveau humain, et les scientifiques peinent depuis longtemps à cartographier ce réseau complexe de neurones. Aujourd'hui, des dizaines d'équipes de recherche à travers le pays, dirigées en partie par des scientifiques de Salk, ont progressé dans la création d'un atlas du cerveau de souris, première étape vers un atlas du cerveau humain.
Les chercheurs, collaborant dans le cadre du projet de recherche de l'Institut national de la santé Initiative cerveau Réseau de recensement cellulaire (BICCN), rapportent les nouvelles données aujourd'hui dans un numéro spécial de la revue NatureLes résultats décrivent comment différents types de cellules sont organisés et connectés dans tout le cerveau de la souris.
« Notre premier objectif est d'utiliser le cerveau de la souris comme modèle pour vraiment comprendre la diversité des cellules du cerveau et comment elles sont régulées », explique le professeur Salk et chercheur au Howard Hughes Medical Institute. Joseph Ecker, codirecteur du BICCN. « Une fois les outils mis en place, nous pourrons travailler sur les cerveaux des primates et des humains. »
L'initiative BRAIN (Brain Research through Advancing Innovative Neurotechnologies®) du NIH 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 1.8 milliard de dollars de subventions de recherche.
Le BICCN, une branche de l'initiative BRAIN, se concentre spécifiquement sur la création d'atlas cérébraux décrivant l'ensemble des cellules du cerveau des mammifères, caractérisées par de nombreuses techniques différentes. Salk est l'une des trois institutions récompensées par le prix U19 pour jouer un rôle central dans la production de données pour le BICCN.
« Ce n’est pas seulement un annuaire téléphonique pour le cerveau », dit Margarita Behrens, professeur de recherche associé à Salk, qui a contribué à la rédaction des nouveaux articles du BICCN. « À long terme, pour traiter les maladies cérébrales, nous devons être capables d'identifier précisément les types de cellules en difficulté. »
Le numéro spécial de Nature Il compte 17 articles du BICCN, dont cinq co-écrits par des chercheurs de Salk, qui décrivent des approches d'étude des cellules cérébrales et de nouvelles caractérisations de sous-types de cellules cérébrales chez la souris. Parmi les points saillants :
Alors que d'autres articles de ce numéro spécial portent sur la fonction ou la structure des cellules cérébrales de souris, les travaux menés par Ecker, Behrens et leurs collègues se concentrent principalement sur l'épigénomique des cellules cérébrales de souris. Chaque cellule du cerveau de souris contient la même séquence d'ADN, mais les variations dans la régulation de cet ADN – son « épigénome » – confèrent aux cellules leur identité unique. La disposition des groupes chimiques méthyles sur la base cytosine de l'ADN (appelée « méthylation de la cytosine »), qui détermine l'activation ou la désactivation des gènes, est une forme de régulation épigénomique susceptible d'influencer fortement la maladie et la santé cérébrale.
In l'un des nouveaux journauxL'équipe Salk a analysé 103,982 XNUMX cellules cérébrales de souris par séquençage de la méthylation de l'ADN sur cellule unique. Cette approche, développé dans le laboratoire Ecker, permet aux chercheurs d’étudier le modèle des groupes chimiques méthyles sur chaque brin d’ADN dans les cellules cérébrales.
Lorsqu'ils ont appliqué la technique aux milliers de cellules collectées dans 45 régions différentes du cerveau de la souris, ils ont pu identifier 161 groupes de types de cellules, chacun se distinguant par son modèle de méthylation.
« Jusqu'à présent, il existait plusieurs façons de décrire les cellules cérébrales en fonction de leur localisation ou de leur activité électrique », explique Hanqing Liu, doctorant au laboratoire Ecker et co-auteur principal de l'article. « Nous avons véritablement élargi la définition du type cellulaire et utilisé l'épigénomique pour définir des centaines de types cellulaires potentiels. »
L'équipe a ensuite démontré que les schémas de méthylation pouvaient être utilisés pour prédire l'origine d'une cellule cérébrale, non seulement au sein de vastes régions, mais aussi au sein de couches spécifiques de cellules. Cela signifie qu'à terme, des médicaments pourraient être développés n'agissant que sur de petits groupes de cellules, en ciblant leur épigénomique spécifique.
Dans un autre article, co-écrit par Ecker et le professeur Salk Edouard Callaway, les chercheurs ont étudié l'association entre la méthylation de l'ADN et les connexions neuronales. L'équipe a développé une nouvelle méthode pour isoler les cellules qui relient les régions du cerveau, puis étudier leur méthylation. Ils ont appliqué cette approche à 11,827 XNUMX neurones de souris, tous s'étendant vers l'extérieur du cortex. Ils ont découvert que les schémas de méthylation dans les cellules étaient corrélés aux schémas de projection (destination) des cellules. Les neurones reliant le cortex moteur au striatum, par exemple, présentaient une épigénomique distincte de celle des neurones reliant le cortex visuel primaire et le thalamus.
« Les neurones ne fonctionnent pas de manière isolée, ils fonctionnent en communiquant entre eux, donc comprendre comment ces connexions sont établies et comment elles fonctionnent est vraiment fondamental pour comprendre le cerveau », explique Zhuzhu Zhang, chercheur postdoctoral Salk et co-premier auteur de l'article avec l'étudiant diplômé Jingtian Zhou, tous deux membres du laboratoire d'Ecker.
Les chercheurs affirment que les nouvelles données sur les cellules cérébrales de souris ne constituent qu'une première étape vers la création d'un atlas complet du cerveau de la souris, sans parler du cerveau humain. Mais comprendre ce qui différencie les types de cellules est essentiel pour la recherche et les futures thérapies cérébrales.
« Dans ces études fondamentales, nous décrivons la liste des composants du cerveau », explique Callaway. « Disposer de cette liste est révolutionnaire et ouvrira de nouvelles perspectives pour l'étude du cerveau. »
Hanqing Liu et Jingtian Zhou, tous deux de Salk, ont été co-auteurs principaux de l'article sur l'atlas de méthylation de l'ADN ; Zhuzhu Zhang et Jingtian Zhou, également tous deux de Salk, ont été co-auteurs principaux de l'article sur la projection corticale. Les travaux sur l'atlas de méthylation ont été soutenus par les National Institutes of Mental Health (U19MH11483), le National Human Genome Research Institute (R01HG010634) et le Howard Hughes Medical Institute. L'article sur la projection corticale a été soutenu par le National Institute of Mental Health (U19MH114831 et R01MH063912), le National Eye Institute (R01EY022577 et F31 EY028853) et le Howard Hughes Medical Institute.
Pour plus d'informations:
Nature
Titre: Atlas de méthylation de l'ADN du cerveau de souris à la résolution d'une cellule unique
Lien : https://www.nature.com/articles/s41586-020-03182-8
Nature
Titre: Diversité épigénomique des neurones de projection corticaux dans le cerveau de la souris
Lien : https://www.nature.com/articles/s41586-021-03223-w
Nature
Titre : Recensement et atlas cellulaires multimodaux du cortex moteur primaire des mammifères
Lien : https://www.nature.com/articles/s41586-021-03950-0
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L’Institut Salk est un institut de recherche indépendant à but non lucratif, fondé en 1960 par Jonas Salk, inventeur du premier vaccin antipoliomyélitique sûr et efficace. Sa mission est de mener des recherches fondamentales, collaboratives et audacieuses pour relever les défis les plus urgents de la société, tels que le cancer, la maladie d’Alzheimer et la vulnérabilité de l’agriculture. Ces travaux scientifiques fondamentaux sous-tendent tous les efforts de recherche translationnelle, générant des connaissances qui permettent la mise au point de nouveaux médicaments et des innovations à l’échelle mondiale.
