UC San Diego, Salk ve Diğerleri Bir Ömür Boyu İnsan Beyninin Haritasını Çıkarmaya Çalışıyor

UC San Diego, Salk ve Diğerleri Bir Ömür Boyu İnsan Beyninin Haritasını Çıkarmaya Çalışıyor

Hücreleri genetik verileriyle ayırt eden ve bu bilgiyi hücreleri orijinal konumlarına geri döndürmek için kullanan bir teknik olan uzamsal transkriptomik kullanan bir erkek insan beyninin orta temporal girus bölgesinin bir kesiti.

Kredi bilgileri: Salk Enstitüsü

İnsan beynini haritalamak

Yeni projede araştırmacılar 1.500 beyin örneğini (yaşları değişen 30 insan beyninde her biri 50 bölge) inceleyecek. Merkez, yalnızca her hücrenin gen ekspresyon paternlerine değil, aynı zamanda DNA metilasyonu, kromatin organizasyonu ve çekirdekteki histon modifikasyonlarına da odaklanacak – belirli bir hücre tipinde veya belirli bir hücre tipinde genlerin “açılıp” “kapatıldığını” etkileyen moleküler olaylar. belirli bir zamanda.

UC Irvine ekip üyeleri öncelikle beyin numunesi alımını yönetecek. Salk bilim adamları, her bölgedeki her bir hücreden her bir çekirdeği izole edecek ve kromatin mimarisi ve DNA metilasyonu gibi moleküler detayları kaydedecekler. Kromatin mimarisi, düzenleyici öğelerin uzakta bulunan genlerle iletişim kurmasını sağlar. DNA metilasyonu, DNA’nın kimyasal etiketlerle değiştirildiği, gen ifadesinin değiştirildiği süreçtir.

Ren’in ekibi, biyomedikal araştırmalar için önde gelen epigenomik teknolojilerinin geliştirilmesi ve uygulanmasında uzmanlaşmış ortak bir araştırma merkezi olan UC San Diego Tıp Fakültesi’ndeki Epigenomik Merkezi’nde yardımcı direktörler olan Quan Zhu, PhD ve Nathan Zemke’yi içermektedir.

Ren’in ekibi, tek hücre çözünürlüğünde histon modifikasyonlarını ve gen ekspresyonunu birlikte haritalayacaktır. Histon modifikasyonları, hücresel nükleozomları oluşturan histon proteinlerindeki kimyasal değişikliklerdir.

“Gen ekspresyonu ile birlikte histon modifikasyonunu inceleyerek,” dedi Ren, “beyindeki on milyonlarca hücre için ve bir yaşam süresi boyunca genlerin durumunu ve düzenleyici öğelerini kayıt altına alabileceğiz.”

Ren’in ekibi ayrıca yüz milyonlarca beyin hücresinin uzaysal dağılımını da haritalayacak.

Ren, “Bu bilgi, farklı nöral devrelerin yapılarını ve hücresel bileşimini benzeri görülmemiş ayrıntılarla tanımlayacak,” dedi ve “geniş bir nörolojik hastalık yelpazesinin incelenmesi için bir referans sağlıyor.”

Bu yılın başlarında, Ren’in ekibi, yaşlanan hücrelerin nasıl ve nerede biriktiğine dair kapsamlı bir atlas oluşturmak için Sanford Burnham Prebys’deki meslektaşlarıyla işbirliği içinde 10.6 milyon dolarlık bir hibe aldı. NIH hibesi, Cellular Senescence Network programının bir parçasıdır.

Şu anda, özellikle insan beyni ile ilgili bu tür ayrıntılı bilgiler yetersiz, neredeyse yok denecek kadar az.

“Aslında, milyonlarca, hatta yüz milyonlarca beyin hücresini almak, epigenetikleri ve kromatinlerinin nasıl düzenlendiği hakkında elimizden gelen her şeyi öğrenmek ve onları uzaysal bir bağlamda yansıtmak istiyoruz, böylece bu hücrelerin nerede yaşadığını görebiliriz ve nasıl olduğunu anlayabiliriz. Herhangi bir beyin bölgesindeki tüm hücreler, her yaşta ve her yaşta organizedir” dedi.

Teknoloji ve veriler

Araştırmacılar tipik olarak tek bir hücreyi incelediğinde, hücre beynin geri kalanından çıkarılır ve bu da çıkarılabilecek sonuçları sınırlar. Bunun üstesinden gelmek için araştırmacılar, hücreleri genetik verileriyle ayırt etmek için uzaysal transkriptomik adı verilen daha yeni bir teknik kullanacak ve bu bilgileri, hücreleri orijinal konumlarına geri döndürmek için kullanacaklar.

Spesifik olarak, ekip, hücrenin anatomik konumunu kaydederken, her hücredeki yüzlerce genin RNA transkriptlerini tespit edip ölçebilen, multipleks hata sağlam RNA FISH (MERFISH) olarak bilinen bir teknolojiden yararlanacak.

Ren’in laboratuvarı kısa süre önce, aynı hücrelerden çok yüksek verimle histon modifikasyonlarını ve gen ekspresyonunu eş zamanlı olarak haritalayan, Paired-Tag olarak bilinen bir araç icat etti. Kombine haritalar, insan beynindeki ve yaşam süresi boyunca hücre tipleri için histon modifikasyonları, gen ekspresyonu, DNA metilasyonu ve kromatin mimarisinin bütünleştirici haritalarının oluşturulmasına izin verecektir.

Ecker, tek başına laboratuvarının proje sırasında 11 petabayt ham veri üreteceğini tahmin ediyor – 171.875 flash sürücüye (her biri 64 GB) eşdeğer – bu, merkezin hesaplamalı biyoloji, veri depolama ve analiz konusundaki uzmanlığının ve kaynaklarının altını çiziyor. Washington Üniversitesi ekip üyeleri, veri yönetimi ve entegrasyonundan sorumlu olacak.

NIH BRAIN Initiative direktörü John Ngai, “BICAN ödüllerinin duyurulmasıyla, 2014 yılında başlayan genel BRAIN Initiative hücre sayımı programında heyecan verici bir geçiş yapıyoruz” dedi. “Bu ödüller, araştırmacıların insan beynindeki 200 milyardan fazla nöronun ve nöronal olmayan hücrelerin çok yönlü özelliklerini benzeri görülmemiş bir ayrıntı ve ölçekte keşfetmelerini sağlayacak. belirli beyin hücre gruplarındaki patolojik değişikliklerin nörolojik ve nöropsikiyatrik bozukluklara nasıl neden olabileceğini anlamak.

NIH BEYİN Girişimi hakkında

Yenilikçi Nöroteknolojileri Geliştirmek Yoluyla NIH Beyin Araştırması (BRAIN) Girişimi, insan zihninin iç işleyişine ilişkin anlayışı derinleştirmeyi ve beyin bozukluklarını nasıl tedavi ettiğimizi, önlediğimizi ve iyileştirdiğimizi geliştirmeyi amaçlayan büyük ölçekli bir çabadır. 2014’teki ilk finansmanından bu yana, BRAIN Initiative, araştırma ödüllerinde 2,4 milyar dolardan fazla ödül verdi. BRAIN Cell Census Network (fare beyin haritası) ve BRAIN Cell Atlas Network (insan beyni haritası), BRAIN Initiative’in alt kümeleridir.

UC San Diego Sağlık Hakkında

Bölgenin tek akademik sağlık sistemi olan UC San Diego Health, topluma bağlılık, çığır açan araştırmalar ve ilham veren öğretim yoluyla olağanüstü hasta bakımı sunmaya kendini adamıştır. Ciddi ve karmaşık koşullar için özel bakımı, US News & World Report ve diğer kuruluşlar tarafından sürekli olarak ülkenin en iyileri arasında sıralanır. 808 yataklı akademik sağlık sistemi, tümü La Jolla’da bulunan Hillcrest ve Jacobs Tıp Merkezi’ndeki UC San Diego Tıp Merkezi, Sulpizio Kardiyovasküler Merkezi, Moores Kanser Merkezi, Shiley Göz Enstitüsü, Koman Ailesi Ayakta Hasta Köşkü ve Altman Klinik ve Çeviri Araştırma Enstitüsü’nü içermektedir. Güney Kaliforniya’daki kliniklerde birinci basamak ve aynı gün verilen hizmetlerin yanı sıra. Daha fazla bilgi için, health.ucsd.edu adresini ziyaret edin.

Salk Biyolojik Araştırmalar Enstitüsü Hakkında

Her tedavinin bir başlangıç ​​noktası vardır. Salk Enstitüsü, Jonas Salk’ın hayalleri gerçeğe dönüştürmeye cesaret etme misyonunu temsil ediyor. Uluslararası üne sahip ve ödüllü bilim adamları, sinirbilim, genetik, immünoloji, bitki biyolojisi ve daha pek çok konuda yeni anlayışlar arayarak yaşamın temellerini araştırıyor. Enstitü bağımsız bir kâr amacı gütmeyen kuruluş ve mimari bir dönüm noktasıdır: seçime göre küçük, doğası gereği samimi ve herhangi bir zorluk karşısında korkusuz. Kanser veya Alzheimer, yaşlanma veya diyabet olsun, Salk tedavilerin başladığı yerdir. salt.edu’da daha fazla bilgi edinin.