2022年9月22日
索尔克研究所历史上最大的一笔赠款设立了新的多组学人类脑细胞图谱中心，旨在详细描绘构成人脑的众多单个细胞——它们的分子特征、分布位置以及随年龄的变化。
索尔克研究所历史上最大的一笔捐款设立了新的“人类大脑细胞多组学图谱中心”，旨在详细描绘构成人脑的众多个体细胞——它们的分子特征、它们的位置以及它们随年龄的变化。
拉荷亚——在国家卫生研究院 (NIH) 提供的为期五年、$1.26 亿美元的资助下，由萨克研究所科学家领导的一个团队启动了一个新的多组学人类大脑细胞图谱中心。作为 NIH 的一部分 脑科学通过先进的创新神经技术研究® (脑科学) 计划, 该项目旨在以前所未有的分子细节来描述组成人脑的细胞，将脑细胞划分为更精确的亚型，并确定每种细胞在人脑中的位置。此外，该团队还将追踪这些特征从生命早期到晚期的变化。.
该项目的目标是更好地了解神经典型人脑的工作方式和衰老过程。该项目还将建立一个基准，科学家们可以对照该基准来比较患有阿尔茨海默病、自闭症、抑郁症和创伤性脑损伤等神经系统或精神疾病的大脑。.
“我们开发的脑图谱可以帮助疾病研究人员找到正确的方向——例如，我们可以说‘基因组中的那个区域，在那一小部分特定神经元中，在大脑的那个部分，某个分子事件失控导致了那种疾病’，”该中心领导者教授说道。 约瑟夫·埃克尔, 索尔克研究所基因组分析实验室主任、霍华德·休斯医学研究所研究员。“最终，这些信息可能有助于我们设计基因疗法，使其仅靶向需要治疗的细胞群——在正确的时间将正确的基因输送到正确的位置。”
除埃克尔外，多组学人类脑细胞图谱中心还包括 玛格丽塔·贝伦斯, 的研究教授，加州大学圣地亚哥分校的 Bing Ren，加州大学欧文分校的 Xiangmin Xu，以及圣路易斯华盛顿大学的 Ting Wang。.
索尔克研究所将获得该中心约 $7700 万美元的资助，这将是该研究所在 62 年历史中获得的最高单笔拨款。.
起始
国家卫生研究院新脑计划细胞图谱网络（NIH’s new BRAIN Initiative Cell Atlas Network）的组成部分，多组学人类脑细胞图谱中心，是在对小鼠大脑进行五年测绘工作的基础上建立的，该项目曾被称为脑计划细胞普查网络（BRAIN Initiative Cell Census Network）。一本特刊 自然 2021年10月出版 描述了该努力的结果, 包括不同细胞类型在整个小鼠大脑中的组织和连接方式。.
“就像我们通过短暂的登月旅行了解了太空旅行一样，小鼠大脑绘图项目让我们深刻理解了如何着手研究更大的人类大脑，以及要真正绘制出人类大脑图谱我们需要哪些类型的基因组信息，”Behrens 说道。“这个项目是科学中团队合作富有成效的一个例子——这类项目无法在单一实验室完成。”
绘制人脑图
在人类多组学脑细胞图谱中心，研究人员将检查 1500 个脑样本（30 个人脑，年龄范围不同，每个脑包含 50 个区域）。该中心主要关注表观遗传学——即分子事件，它们会影响在特定细胞类型或特定时间基因是“开启”还是“关闭”——而不是每个细胞的基因序列。该中心还将考虑哪些细胞位于何处。Ecker 说，位置很重要，因为细胞之间会相互交流。.
加州大学欧文分校的团队成员将主要负责脑样本的采集。索尔克研究所的科学家将分离每个区域中每个单独细胞的细胞核，并记录分子细节，例如染色质结构和 DNA 甲基化（即染色体的三维结构以及它们如何被化学标签修饰）。在加州大学圣地亚哥分校，Ren 实验室将研究染色质修饰和基因表达。.
“本质上，我们想提取数百万、甚至数亿个脑细胞，深入了解它们的表观遗传学以及染色质的排列方式，并将其置于空间背景下，以便我们能够看到这些细胞的”住所’，并理解任何大脑区域中的所有细胞是如何组织起来的，以及在任何年龄段的情况。”尤克尔说，他同时还是索尔克国际遗传学委员会主席。.
“目前，我们几乎没有关于人脑的此类数据。”
技术与数据
通常，当研究人员研究单个细胞时，该细胞会从大脑的其他部分分离出来，这限制了可以得出的结论。为了克服这一点，Ecker 的团队将使用一种称为空间转录组学的新技术，通过基因数据来区分细胞，并利用这些信息将细胞映射回其原始位置。.
该团队将应用的许多其他技术都是由研究人员自己开发的。例如，埃克尔的团队花了五年时间开发 snmCATseq, 一种能够同时分析来自单个细胞的 DNA、RNA 和开放染色质的技术。.
Ecker 估计，仅他所在的实验室在这个项目期间就将产生 11 PB 的原始数据，相当于 171,875 个（每个 64GB 的）U 盘，这凸显了该中心在计算生物学、数据存储和分析方面的专业知识和资源。华盛顿大学的团队成员将负责数据管理和集成。.
“随着BICAN奖项的宣布，我们正在 BRAIN Initiative 细胞普查项目（始于 2014 年）的整体上迎来一个激动人心的转型，”NIH BRAIN Initiative 主任 John Ngai 说。“这些奖项将使研究人员能够以前所未有的细节和规模探索人脑中超过 2000 亿个神经元和非神经元的复杂特征——这是一项先进技术和跨团队研究合作的壮举，它将揭示理解特定脑细胞群体的病理性变化如何导致神经和神经精神疾病的新范式。”.
关于 NIH 脑计划：
美国国立卫生研究院 脑研究通过推进创新神经技术 (BRAIN) Initiative 是一项旨在深化对人类思维内在运作的理解，并改善我们治疗、预防和治愈大脑疾病方式的宏大计划。自 2014 年首次获得资助以来，BRAIN Initiative 已拨款超过 $24 亿美元用于研究。BRAIN 细胞普查网络（小鼠大脑图谱）和 BRAIN 细胞图谱网络（人类大脑图谱）是 BRAIN Initiative 的组成部分。.
关于索尔克生物研究所：
每一个治愈都有一个起点。“萨尔克研究所”体现了乔纳斯·索尔克的使命——敢于将梦想变为现实。其享誉国际并屡获殊荣的科学家们探索生命的根基，在神经科学、遗传学、免疫学、植物生物学等领域寻求新的认识。该研究所是一个独立的非营利组织，也是一座标志性的建筑：有意识地选择小型化，其本质是亲密的，并且无所畏惧地面对任何挑战。无论是癌症还是阿尔茨海默病，衰老还是糖尿病，“索尔克”都是治愈的起点。欲了解更多信息，请访问：salk.edu。.
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