Žmogaus smegenų struktūra vystosi laikui bėgant, koordinuotai raiškai tūkstančiams genų. Sveikos smegenų organizacijos vystymosi susiejimas su genais, susijusiais su psichinės sveikatos sąlygomis, tokiomis kaip autizmas ir šizofrenija, galėtų padėti atskleisti šių sutrikimų biologines priežastis.
Kembridžo universiteto ir kitų pasaulio institutų mokslininkai neseniai atliko tyrimą, kuris susiejo genų ekspresiją sveikose smegenyse su autizmo spektro sutrikimo ir šizofrenijos vaizdavimu, transkriptomika ir genetika. Jų darbas, paskelbtas m Gamtos neuromokslaiatskleidė tris skirtingus erdvinius žievės genų ekspresijos modelius, kurių kiekvienas turi specifinių asociacijų su autizmu ir šizofrenija.
„Ankstesnis darbas parodė, kad visos žmogaus smegenys turi tą patį pirminį erdvinį genų ekspresijos modelį (C1), atspindintį neuronų ryšių hierarchiją“, – „Medical Xpress“ sakė šio straipsnio bendraautorius Richardas Dearas. „Mūsų hipotezė buvo ta, kad tikriausiai yra daugiau nei vienas modelis, organizuojantis dvidešimties tūkstančių žmogaus genų išraišką mūsų smegenyse.
Pagrindinis neseniai Dear ir jo kolegų atlikto tyrimo tikslas buvo atskleisti naujus erdvinius genų ekspresijos modelius. Jie tikėjosi, kad šie nauji modeliai atskleis vadinamąsias „transkripcijos programas“, biologinius mechanizmus, per kuriuos žmogaus smegenys vystosi tiek sveikai, tiek ligoms.
„Pagrindinis šio tyrimo iššūkis buvo riboti turimi duomenys“, – sakė Dear. „Aleno žmogaus smegenų atlasas išlieka vienintelis genų ekspresijos duomenų rinkinys, turintis didelę erdvinę skiriamąją gebą smegenyse, ir jis buvo surinktas tik iš šešių sveikų donorų. Todėl turėjome rasti būdą, kaip nustatyti šių ribotų duomenų modelius, kurie, mūsų nuomone, yra bendri. transkripcijos programos, kuriomis dalijasi visos žmogaus smegenys.
Atlikdami tyrimą, mokslininkai atliko įvairias skaičiavimo analizes, kad patvirtintų savo rezultatus, įskaitant permutacijos testą, skirtą patikimumui ir trijų skirtingų tipų nepriklausomų duomenų patvirtinimui. Jie taip pat ieškojo sąsajų tarp naujų transkripcijos programų ir anksčiau paskelbtų duomenų, susijusių su smegenų organizavimu, vystymusi, genų ekspresija ir genetine variacija, susijusia su smegenų funkcija tiek sveikatai, tiek ligoms.
„Labiausiai stebina tai, kaip kiekviena nauja mūsų atlikta analizė susiliejo su ta pačia nuoseklia istorija“, – paaiškino Dear. „Antrasis genų ekspresijos modelis (C2) yra susijęs su pažinimo metabolizmu ir autizmu, o trečiasis modelis (C3) yra susijęs su smegenų plastiškumu paauglystėje ir šizofrenija. Labai svarbu, kad abu modeliai buvo nustatyti ir patvirtinti tik neurotipinių donorų smegenyse.”
Dear ir jo bendradarbiai yra pirmieji, susiejantys neurotipinę smegenų genų ekspresiją su autizmu ir šizofrenija per tris įprastus ankstesnių rezultatų tipus (ty atvejų kontrolės neurovaizdavimą, diferencinę genų ekspresiją ir genomo masto asociacijos tyrimus). Jų rezultatai rodo, kad naudojant šiuos skirtingus metodus surinktus duomenis, kurie anksčiau atrodė nesusiję, iš tikrųjų galima atsekti tomis pačiomis transkripcijos programomis, kuriomis vadovaujamasi sveikų žmonių smegenų vystymuisi.
„Kitas žingsnis mums bus gilintis į trijų modelių biologiją, kad suprastume juos mechaniškesniu lygmeniu, pasitelkiant neseniai paskelbtus vieno branduolio RNR sekos nustatymo duomenis“, – pridūrė Dear. „Pavyzdžiui, tikimės atrasti pagrindinius genus arba transkripcijos veiksnius, lemiančius C1–C3 modelių raišką ankstyvame vystymosi etape skirtingose ląstelėse. Taip pat tikimės, kad šie trys modeliai ir optimizuotas analizės kodas, kurį sukūrėme, bus šaltinis kiti mokslininkai, siekiantys suprasti genetinius smegenų erdvinės organizacijos pagrindus.