脳細胞の「コアアイデンティティ」を明らかにする革新的な技術

脳細胞の「コアアイデンティティ」を明らかにする革新的な技術

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Anonim

人間の脳は約170億個の細胞で構成されており、それぞれが特定のタスクを実行するように進化し、重要な疑問が生じます。

ほとんどの生物学者は、細胞を1つずつ単離し、それらの分子フィンガープリントを取ることによって、この基本的な質問に答えようとしている。 各個々の細胞のRNAを配列決定することにより、科学者は、所与の組織においてどの遺伝子が「オン」であるかを判定することができる。 しかし、組織の塊から細胞をレンチする技術は、人間の脳の繊細でスピードのあるニューロンには適用するのが難しく、統計的な制限もあります。

現在、UCサンフランシスコの研究者は、脳組織サンプルを粉砕し、RNAを一括して抽出し、遺伝子活性のシグネチャーパターンを探すことによって、細胞の同一性を研究することが可能であることを示しました。 Nature Neuroscienceの 2018年9月号に掲載されたこの新しい研究は、過去10年間に840人のヒトドナーから収集された7200以上の神経型組織サンプルからプールされた数十億個の細胞のデータを分析した。

「数万個の細胞を分析する研究は印象的ですが、無傷の組織標本に存在する数十億個の細胞にろうそくをつけることはできません」とUCSFの神経外科助教授、調査。 「人々は、バルク組織から生成されたオミックスデータセットの情報内容を過小評価しています。このアプローチでは、膨大な生物学的問題に取り組むためにあらゆる種類の既存データを掘り起こすことができます。

バルク組織サンプルは、性質上、様々な細胞型を含む。 研究者らは、各細胞型が遺伝子発現の特徴的なパターンを有する場合、これらのシグネチャーが多くの組織サンプルにわたって一貫して収穫されると仮定した。 換言すれば、所与の組織における細胞の特定の分類は、予測可能な方法で全体の遺伝子発現を駆動するはずである。

公表されたデータセットと細胞のアイデンティティの確立マーカーを用いて、科学者は何千ものトランスクリプトームの主要な細胞クラス、すなわちニューロン、乏突起膠細胞、星状細胞およびミクログリアの指紋を発見した。 研究者はオンラインリソースとして利用できるようにしました。 このサイトでは、科学者は、どの遺伝子が脳内の異なる細胞クラスによって特徴的に発現されているか、およびそれらの細胞が一般に見出される場所を容易に特定することができる。

この新しい技術は、科学者がどの細胞や脳の領域が特定の疾患の主要標的であるかを予測するのに役立ちます。 研究者らはすでに、アルツハイマー病のリスクを高めることが知られている遺伝子の発現をモデル化する技術を使用しています。

彼らは、早発性アルツハイマー病に関連する2つの遺伝子(APPおよびPSEN1と呼ばれる)が、主にニューロンおよび希突起膠細胞によってそれぞれ発現されることを見出した。 対照的に、遅発性アルツハイマー病(APOEおよびTREM2)に関連する2つの遺伝子は、星状細胞およびミクログリアによって主に発現される。 これらの知見は、特定の細胞型における重要な転写変化が、疾患の異なる兆候の基礎をなす可能性があることを示唆している。

このタイプの分析は、ヒトの脳以外の組織に展開して、健康な状態と病気の状態のいずれの動物種においても、任意の生物系の細胞をプロファイリングすることができる。 遺伝子発現を分析することに加えて、どのタンパク質、脂質、またはエピジェネティックマーカーが特定の種類の細胞に最も適しているかを明らかにするためにアプローチを適用することができる。

核となるこの新しい技術は、異なる細胞タイプがどのように機能するのか、細胞ごとに組織を摘み取るという苦労せずに科学者が理解するのを助けることができます。