Ученые создали карту мозга для изучения болезни Паркинсона и шизофрении
Глубоко в мозге расположена система структур, которая помогает человеку двигаться, принимать решения, формировать привычки и регулировать эмоции. Нарушения ее работы связаны с неврологическими и психическими заболеваниями, однако ученые до сих пор не до конца понимали, какие именно клетки участвуют в этих процессах. Международная команда исследователей составила наиболее подробную на сегодняшний день карту этой области мозга и уже использовала ее для поиска более точечного подхода к терапии болезни Паркинсона. О том, какие еще открытия удалось сделать, — в материале «Известий».
Карта 25,5 млн клеток базальных ганглиев
Международный проект объединил сотни ученых из более чем 50 научных учреждений девяти стран. Исследователи изучили 25,5 млн клеток: около 21 млн человеческих, 3 млн клеток макак и 1,5 млн клеток игрунок. Для сопоставления также использовали ранее собранные данные о мозге мышей.
Ученые определяли типы клеток, активность генов, особенности их расположения и молекулярные характеристики. В результате им удалось создать подробную систему описания базальных ганглиев — группы взаимосвязанных структур, расположенных глубоко в мозге. Они участвуют в управлении движениями, обучении, формировании привычек, мотивации и эмоциональных реакциях.
Результаты представлены в серии из 27 научных работ, опубликованных в журналах Cell, Cell Reports Medicine, Cell Systems, Cell Genomics и Neuron. Авторы рассчитывают, что атлас станет общей базой для исследователей, которые изучают работу мозга и механизмы развития заболеваний.
Новый тип нейронов, связанный с шизофренией
Одним из результатов проекта стало обнаружение ранее не описанной подробно группы нейронов STR D2 SMYD2-HTR7. Эти клетки относятся к разновидности нейронов полосатого тела — крупнейшей структуры базальных ганглиев. Сопоставление клеточных данных с результатами генетических исследований показало, что эта группа связана с вариантами ДНК, повышающими риск шизофрении и биполярного расстройства.
Исследователи также обнаружили клеточные особенности, связанные с депрессией и посттравматическим стрессовым расстройством. Кроме того, отдельная работа в рамках проекта позволила выявить изменения в определенных группах клеток полосатого тела у людей с аутизмом. Ранее исследования этого состояния в основном сосредоточивались на коре головного мозга, поэтому полученные данные указывают на возможную роль более глубоких структур.
При этом обнаруженные связи не означают, что конкретные нейроны непосредственно вызывают психические расстройства. Ученым еще предстоит выяснить, каким образом генетические особенности влияют на работу этих клеток и могут ли такие изменения стать мишенью для будущих методов терапии.
Поиск более точной терапии болезни Паркинсона
Практическое значение атласа исследователи продемонстрировали на примере болезни Паркинсона. При этом заболевании нарушается работа нейронных систем, связанных с дофамином, что приводит в том числе к двигательным симптомам. Ученые использовали сведения о клеточном составе полосатого тела, чтобы точнее определить, куда следует направлять терапевтическое воздействие.
В экспериментах на мышах с моделью болезни Паркинсона исследователи применили генетический переключатель — энхансер, позволяющий воздействовать на определенную группу клеток. С его помощью ученые повысили уровень предшественника дофамина непосредственно в клетках полосатого тела. Такой подход помог облегчить симптомы и уменьшить выраженность распространенных побочных эффектов.
Согласно публикации, точечная генная терапия в экспериментах оказалась не менее эффективной, чем воздействие на более широкую группу клеток, но при этом была безопаснее. Пока результаты получены только на животных моделях. До применения подобного подхода у пациентов необходимы дополнительные исследования.
Как карта поможет изучать другие заболевания мозга
Базальные ганглии связаны не только с болезнью Паркинсона и шизофренией. Нарушения их работы также изучают в контексте болезни Хантингтона, синдрома Туретта, обсессивно-компульсивного расстройства и зависимостей. Подробная карта позволит исследователям определять, какие именно типы клеток вовлечены в патологические процессы, и сопоставлять их молекулярные характеристики с данными о здоровом мозге.
Еще одно преимущество проекта — возможность сравнивать клеточные структуры у разных видов. Это особенно важно для нейробиологии: многие эксперименты невозможно провести на живом человеческом мозге, поэтому ученые используют животные модели. Сопоставление данных о человеке, макаках, игрунках и мышах помогает понять, какие особенности клеток сохраняются у разных видов и насколько результаты экспериментов применимы к человеку.
Все данные и инструменты проекта планируют сделать доступными для научного сообщества. В перспективе исследователи рассчитывают использовать созданную систему как основу для более масштабной карты всего человеческого мозга. По оценке участников проекта, атлас может стать отправной точкой для разработки методов, которые будут воздействовать не на целые области мозга, а на конкретные клеточные группы.
