Επιστήμονες χαρτογράφησαν κρίσιμη περιοχή του εγκεφάλου

Επιστήμονες δημιούργησαν έναν κυτταρικό άτλαντα μιας κρίσιμης περιοχής του εγκεφάλου, που ονομάζεται βασικά γάγγλια και εμπλέκεται σε λειτουργίες όπως η κίνηση, η λήψη αποφάσεων, τα συναισθήματα και η διαμόρφωση συνηθειών. Το επίτευγμα θα μπορούσε να συμβάλει στην ανάπτυξη νέων θεραπειών για διάφορες σοβαρές και καταστροφικές ασθένειες.

Οι ερευνητές χαρτογράφησαν τους τύπους κυττάρων και τη δραστηριότητα των γονιδίων στα βασικά γάγγλια, ένα σύνολο αλληλοσυνδεόμενων δομών βαθιά μέσα στον εγκέφαλο, σε ανθρώπους, καθώς και σε ποντίκια, μακάκους και πιθήκους.

Η δυσλειτουργία των βασικών γαγγλίων συνδέεται με παθήσεις όπως η νόσος Πάρκινσον, η νόσος Χάντινγκτον, η σχιζοφρένεια, το σύνδρομο Τουρέτ, η διπολική διαταραχή, η ιδεοψυχαναγκαστική διαταραχή και ο εθισμός.

«Είναι σημαντικό να κατανοήσουμε τη δομή και τη λειτουργία των βασικών γαγγλίων, προκειμένου να αναπτύξουμε αποτελεσματικές θεραπείες για αυτές τις ασθένειες», δήλωσε η νευροεπιστήμονας Hongkui Zeng, διευθύντρια του τμήματος εγκεφαλικών επιστημών στο Ινστιτούτο Allen στο Σιάτλ και μία από τους επικεφαλής της έρευνας. 

Τα αποτελέσματα της έρευνας παρουσιάζονται σε περισσότερες από είκοσι τέσσερις μελέτες που δημοσιεύθηκαν την Πέμπτη στο περιοδικό Cell και σε άλλα συναφή επιστημονικά περιοδικά.

«Πρόκειται για ένα σημαντικό ορόσημο στην πορεία μας προς τη δημιουργία ενός ολοκληρωμένου, λεπτομερούς, πολυτροπικού κυτταρικού άτλαντα, που καλύπτει διαφορετικά είδη, για ολόκληρο τον ανθρώπινο εγκέφαλο, με στόχο την ολοκλήρωσή του περίπου το 2028», πρόσθεσε η Zeng.

Η έρευνα διεξήχθη στο πλαίσιο της πρωτοβουλίας BRAIN (BRAIN Initiative), μιας προσπάθειας που ξεκίνησε το 2014 με σκοπό την προαγωγή της κατανόησης του εγκεφάλου, με την υποστήριξη των Εθνικών Ινστιτούτων Υγείας (NIH) των ΗΠΑ. 

Το έργο που παρουσιάστηκε την Πέμπτη προσφέρει τον πρώτο ολοκληρωμένο κυτταρικό οδικό χάρτη, ο οποίος καλύπτει διαφορετικά είδη, για μια συγκεκριμένη περιοχή του εγκεφάλου.

«Μέχρι σήμερα, δεν υπήρχε κάποια αναφορά που να περιγράφει κάθε τύπο κυττάρου στα ανθρώπινα βασικά γάγγλια, σε συνδυασμό με τον τρόπο που το κάθε κύτταρο ρυθμίζει τα γονίδιά του», δήλωσε ο Joseph Ecker, μοριακός βιολόγος και γενετιστής στο Ινστιτούτο Salk στη La Jolla της Καλιφόρνιας, ο οποίος ήταν επίσης ένας από τους επικεφαλής της έρευνας.

«Βραχυπρόθεσμα, ο άτλας αποτελεί ένα εργαλείο αναφοράς για τους ερευνητές. Μελετάμε ένα γονίδιο που σχετίζεται με τη νόσο Πάρκινσον και πλέον μπορούμε να δούμε ποιοι τύποι κυττάρων ενεργοποιούν αυτό το γονίδιο, καθώς και ποιοι "διακόπτες" στο DNA είναι ενεργοί σε αυτά τα κύτταρα.

Μακροπρόθεσμα, ο άτλας μπορεί να βοηθήσει στον εντοπισμό στόχων, συγκεκριμένων ανά τύπο κυττάρου, για γονιδιακή θεραπεία και γονιδιακή τροποποίηση», δήλωσε ο Ecker.

«Παρέχει επίσης μια βάση σύγκρισης μεταξύ νοσούντος και υγιούς ιστού», εξήγησε. Οι θεραπείες που θα βασίζονται σε αυτή τη νέα εργασία απέχουν ακόμη αρκετά χρόνια, σημείωσε ο Ecker.

Μεταξύ άλλων ευρημάτων, οι ερευνητές εντόπισαν έναν νέο τύπο εγκεφαλικού κυττάρου που συνδέεται με τη σχιζοφρένεια και τη διπολική διαταραχή, κατέγραψαν γενετικές αλλαγές σε συγκεκριμένους τύπους κυττάρων που ενδέχεται να παίζουν ρόλο στον αυτισμό, και ανακάλυψαν μεταβολές στη δραστηριότητα των γονιδίων σε ορισμένα κύτταρα που σχετίζονται με τη γήρανση.

Χρησιμοποιώντας εγκεφαλικό ιστό από θανόντες δότες, οι ερευνητές εξέτασαν τον ρόλο 21 εκατομμυρίων κυττάρων στα βασικά γάγγλια του ανθρώπινου εγκεφάλου, καθώς και εκατομμυρίων ακόμη κυττάρων σε τρία άλλα είδη.

«Η κατανόηση της κυτταρικής σύστασης αυτής της εγκεφαλικής δομής σε διάφορα είδη θα επιτρέψει συγκριτικές αναλύσεις ως προς τη λειτουργία, τα πρότυπα συνδεσιμότητας και την απόκριση σε φαρμακολογικές παρεμβάσεις», δήλωσε η Margarita Behrens, νευροεπιστήμονας και βιοχημικός στο Ινστιτούτο Salk και μία από τις επικεφαλής της έρευνας.

Για λόγους ηθικής, πολλές μελέτες δεν μπορούν να διεξαχθούν σε ζωντανούς ανθρώπινους εγκεφάλους. Μεγάλο μέρος των όσων γνωρίζαμε προηγουμένως για τα βασικά γάγγλια, καθώς και οι περισσότερες αρχικές δοκιμές νέων θεραπειών, προέρχονταν από έρευνες σε ποντίκια και πιθήκους.

«Βασιζόμαστε σε ζωικά μοντέλα για να διερευνήσουμε τις εσωτερικές διεργασίες των εγκεφαλικών κυττάρων και κυκλωμάτων που παράγουν την εγκεφαλική λειτουργία και διαμεσολαβούν στις επιπτώσεις των ασθενειών, καθώς και για να ελέγξουμε την αποτελεσματικότητα θεραπευτικών παρεμβάσεων», ανέφερε ο Zeng.

Οι δομές των βασικών γαγγλίων περιλαμβάνουν το ραβδωτό σώμα (striatum), την ωχρή σφαίρα (globus pallidus) και τη μέλαινα ουσία (substantia nigra).

«Συλλογικά, συμβάλλουν στην επιλογή και την έναρξη κινήσεων, ενώ υποστηρίζουν τον σχηματισμό συνηθειών, τη μάθηση μέσω επιβράβευσης, τα κίνητρα και τα συναισθήματα», εξήγησε ο Ecker.

Ο άτλας συνδυάζει διάφορα επίπεδα δεδομένων. Το ένα δείχνει ποια γονίδια είναι ενεργοποιημένα σε κάθε κύτταρο. Ένα άλλο αφορά το επιγονιδίωμα, ένα σύνολο χημικών ενώσεων και πρωτεϊνών που προσδένονται στο DNA και ρυθμίζουν τη δραστηριότητα των γονιδίων. Ένα τρίτο επίπεδο περιλαμβάνει χωρικούς χάρτες που δείχνουν πού εντοπίζεται κάθε τύπος κυττάρου στον ιστό των βασικών γαγγλίων.

«Οι περισσότερες παραλλαγές του DNA που συνδέονται με εγκεφαλικές διαταραχές εντοπίζονται εκτός των τμημάτων των γονιδίων που κωδικοποιούν πρωτεΐνες. Πολλές από αυτές βρίσκονται σε "διακόπτες" του DNA, οι οποίοι ελέγχουν πότε και πού ενεργοποιούνται τα γονίδια· μάλιστα, οι διακόπτες αυτοί είναι συχνά ενεργοί μόνο σε συγκεκριμένους τύπους κυττάρων», δήλωσε ο Ecker.

Τα τμήματα των γονιδίων που κωδικοποιούν πρωτεΐνες φέρουν γενετικές οδηγίες για τη σύνθεση πρωτεϊνών, των πολύπλοκων μορίων που επιτελούν το μεγαλύτερο μέρος του κρίσιμου έργου στο εσωτερικό των κυττάρων.

Απολαμβάνετε το περιεχόμενο μας? Εγγραφείτε στο newsletter μας!

Ένας άτλαντας όπως αυτός βοηθά στον εντοπισμό του συγκεκριμένου τύπου νευρικού ή υποστηρικτικού κυττάρου στο οποίο δρα μια παραλλαγή του DNA που σχετίζεται με τον κίνδυνο εμφάνισης μιας νόσου.

«Πρόκειται για ένα πρώτο βήμα προς την κατανόηση του τρόπου με τον οποίο η εν λόγω παραλλαγή συμβάλλει στην εκδήλωση μιας νόσου και, τελικά, προς τη θεραπεία της», ανέφερε ο Ecker.