Sekwencjonowanie DNA może zmapować okablowanie mózgu

Neuronaukowcy planują użyć wirusa, który przenosi DNA z neuronu do neuronu, w połączeniu z technologią sekwencjonowania DNA, aby zrozumieć, w jaki sposób mózg myszy jest połączony komórka po komórce.

Projekt zaproponowany przez Antoniego Zadora i inni w Laboratorium Cold Spring Harbor w Nowym Jorku oferuje jednak tańszy i szybszy sposób na mapowanie rozmów neuron-neuron zachodzących w mózgu i może rzucić światło na zaburzenia, w tym autyzm lub schizofrenię.

Wysiłek ten byłby ekscytującym dodatkiem do rozwijającej się dziedziny projektów konektomowych — wysiłków badawczych mających na celu mapowanie połączeń nerwowych w mózgu — mówi Amy Bernard, dyrektor Structured Science w Allen Institute for Brain Science w Seattle. Podstawą zrozumienia jakiejkolwiek podstawy choroby lub funkcji jest najpierw zrozumienie listy części: czym są wszystkie komórki i jak do siebie pasują, mówi Bernard.

Objawy wielu zaburzeń i chorób mózgu, zwłaszcza słabo poznanych stanów, takich jak autyzm czy schizofrenia, mogą wynikać z nieprawidłowych połączeń w mózgu. W dużej mierze uważa się, że te choroby mogą wpływać na schemat połączeń mózgu. Zrozumienie normalnej wersji pomoże nam zrozumieć, kiedy nie jest prawidłowo podłączona i co może być nie tak, mówi Bernard.

Większość projektów konektomów polega na wizualnej inspekcji struktury mózgu za pomocą barwników śledzących neurony i mikroskopów. Metody te pozwalają naukowcom zobaczyć, w jaki sposób główne drogi neuronowe łączą jeden obszar mózgu z drugim, ale nie pozwalają na zbliżenie synaps (przecięcia dwóch neuronów, gdzie następuje wymiana informacji). Bardziej intensywne metody mikroskopowe umożliwiają uzyskanie bardzo precyzyjnych widoków synaps, ale proces ten jest czasochłonny i kosztowny. Biorąc pod uwagę szacunkowe miliardy synaps w mózgu myszy, szybsza, wysokowydajna metoda może przyspieszyć nasze zrozumienie, w jaki sposób neurony rozmawiają ze sobą w mózgu ssaków.

w PLOS Biologia w tym tygodniu zespół opisuje metoda, w której małe fragmenty DNA są przekazywane z jednego neuronu do drugiego jako część wirusa. Każdy neuron jest oznaczony unikalnym kodem kreskowym DNA — garstką liter lub zasad DNA w określonej kolejności, która będzie unikalna dla każdego neuronu. Za pomocą zaledwie 20 liter zespół może jednoznacznie oznaczyć bilion neuronów — znacznie więcej niż istnieje w mózgu myszy.

Projektujemy wirusa, aby przenosił kody kreskowe przez synapsy, więc teraz każdy neuron staje się workiem kodów kreskowych, zawierającym kopie własnego kodu kreskowego i kopie wszystkich neuronów, które z nim rozmawiają, mówi Zador.

Gdy wirus przeniesie kody kreskowe z jednego neuronu do drugiego, do mapowania połączeń zostanie wykorzystana kolejna sztuczka z nowoczesnej biologii. Zespół pobierze DNA z mózgu i zsekwencjonuje połączone kody kreskowe. Komputery następnie ustalą, które neurony wymieniły między sobą kody kreskowe.

Ta strategia jest naprawdę fajna, zwłaszcza że koszt sekwencjonowania spada, mówi Bernard. Nie dostarczy ci informacji dotyczących całego mózgu, całej struktury, na których skupiają się niektóre inne projekty związane z konektomami, ale zamiast tego zapewni dokładniejszy widok połączeń w mózgu.

Zador ma nadzieję, że dane z konektomu jego zespołu pomogą naukowcom dostroić ich hipotezę na temat działania mózgu, dostarczając im danych o tym, jak jest połączony.

Obecnie nasza wiedza o obwodach jest tak szczątkowa, że ​​[hipotezy są] w dużej mierze nieograniczone, mówi Zador. Kiedy badacze mają pojęcie o tym, jak działa mózg, nie mają możliwości łatwego sprawdzenia, czy okablowanie mózgu jest zgodne z ich hipotezą. Jedną z moich głównych nadziei było to, że uda nam się [poprawić] nasze rozumienie obwodów do punktu, w którym będziemy mogli poczynić znacznie szybsze postępy w zrozumieniu, jak mózgi przetwarzają dane.

ukryć