В журнале Nature Neuroscience вышла работа исследователей из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (UCLA), которая раскрывает, какие генные программы, или наборы взаимодействующих генов, определяют специализацию клеток в коре головного мозга человека. Команда проанализировала крупные массивы данных, полученные методом транскриптомики отдельных клеток — это технология, позволяющая определить, какие гены активны в каждой конкретной клетке.
По словам Апарны Бхадури, одного из авторов статьи, изначально это был небольшой биоинформационный проект. Ученые объединили общедоступные базы данных, чтобы лучше понять экспрессию генов во время развития мозга. Однако в процессе анализа стало ясно, что эти генные модули дают уникальное представление о механизмах формирования клеток в развивающемся мозге. В результате команда расширила работу до масштабного исследования.
Целью было выявить сети генов, которые работают согласованно и формируют судьбу клетки — то есть определяют, какой тип клетки разовьется. Это может помочь в понимании как нормального развития мозга, так и нарушений, включая аутизм и врожденные интеллектуальные расстройства.
Первым шагом стало объединение десятков ранее опубликованных наборов данных. Ученые выделили группы генов, которые активируются одновременно и формируют так называемые модули коэкспрессии. Чтобы убедиться, что эти модули работают и в реальных тканях мозга, они провели лабораторные исследования с использованием методов микроскопии.
Далее исследование продолжилось на органоидах мозга, трехмерных структурах, выращенных из стволовых клеток. Эти миниатюрные модели имитируют развитие настоящего человеческого мозга. Благодаря им ученые подтвердили, что выявленные генные модули действительно участвуют в формировании конкретных типов нейронов.
Например, были найдены модули, необходимые для создания нейронов глубоких слоев коры. Они включают в себя гены, ранее не связанные с развитием мозга, но теперь считающиеся важными в контексте нейроразвития и потенциальных отклонений.
Как пояснили исследователи, метаатлас, который они создали, объединяет разрозненные данные из разных лабораторий и временных точек в одну целостную картину. Это дает возможность точнее определить, как формируются клетки, и какие гены участвуют в этом процессе. В будущем эта карта может стать полезным инструментом для поиска уязвимостей, связанных с заболеваниями, и для разработки новых методов лечения.
Кроме того, подход, примененный командой, уже используется для изучения глиобластомы — агрессивной формы рака мозга. Объединяя данные об опухолях с картой нормального развития, ученые надеются понять, как опухолевые клетки «сбиваются с пути» развития и чем они отличаются от здоровых клеток мозга.
Генные сети задают программу, по которой формируются разные типы нейронов, но чтобы увидеть результат этой программы в деталях, нужны новые методы визуализации. Один из таких подходов позволяет буквально «растянуть» мозг, увеличив его в 16 раз, и рассмотреть мельчайшие структуры без дорогостоящих приборов — подробнее об этом читайте в нашей статье.
