Первому транскриптомному атласу префронтальной коры человека посвящены девять статей в Nature и не только

Человеческий мозг состоит из миллиардов функционально разнообразных клеток. Сложность организации молекулярных и клеточных программ остается ключевой трудностью для понимания того, как развивается и стареет мозг человека и чем определяется предрасположенность к заболеваниям. Преодолению этой трудности посвящен консорциум PsychAD — масштабная междисциплинарная инициатива, запущенная в 2019 году. На этой неделе консорциум представил транскриптомный атлас префронтальной коры человеческого мозга на уровне отдельных клеток. Префронтальная кора играет ключевую роль в принятии решений, самоконтроле и регуляции эмоций, а ее дисфункция связана с психическими и нейродегенеративными заболеваниями. По результатам исследований в журналах семейства Nature опубликованы девять статей, описывающих молекулярные механизмы, которые лежат в основе болезни Альцгеймера, болезни Паркинсона, шизофрении и других заболеваний головного мозга.

Центральная в серии статей вышла непосредственно в Nature. Ее авторы создали популяционный атлас отдельных клеток дорсолатеральной префронтальной коры головного мозга человека; включающий данные более 6,3 миллиона клеточных ядер, полученных из образцов мозга 1494 человек. Среди посмертных доноров были лица с болезнью Альцгеймера, болезнью Паркинсона, деменцией с тельцами Леви, сосудистой деменцией, тауопатией, лобно-височной деменцией, шизофренией, биполярным расстройством, а также люди без диагностированных нейропсихиатрических расстройств. Анализ проводили на платформе 10x Genomics.

Исследователи описали паттерны экспрессии генов, характерные для этих заболеваний. Проанализировав транскриптомную вариабельность болезни Альцгеймера, ученые показали, что более тяжелая ее форма связана со снижением числа нейронов при увеличении популяций иммунных и сосудистых клеток.

Другая статья в Nature посвящена созданию атласа клеточно-специфичной экспрессии РНК в префронтальной коре на разных этапах развития головного мозга — от младенчества до пожилого возраста. Данные для этой работы были получены от людей, не страдавших нейропсихиатрическими расстройствами. Ученые показали, что траектории транскрипции в префронтальной кора человека нелинейны и специфичны для типов клеток. В раннем возрасте, пока мозг развивается, происходит динамическое ремоделирование и активация путей, связанных с клеточной устойчивостью нейронов, в среднем возрасте наблюдается относительная стабильность, а в пожилом начинается реактивация отдельных транскрипционных программ, связанных с активацией иммунитета и циркадными перестройками.

Авторы третьей работы провели полнотранскриптомный анализ ассоциаций с заболеваниями мозга. Они картировали изменения, связанные с предрасположенностью к тем или иным патологиям, в различных типах клеток методом транскриптомики отдельных ядер.

Еще три статьи вышли в Nature Communications (1, 2, 3), по одной — в Nature Medicine, Nature Genetics и Scientific Data. Они посвящены особенностям генной регуляции, разработке методов анализа и применению искусственного интеллекта (ИИ) для работы с данными атласа.

В совокупности эти работы представляют собой один из самых масштабных и всесторонних примеров применения методов анализа единичных клеток для изучения головного мозга человека в норме и при патологии. В ходе своей работы консорциум PsychAD создал фундаментальную базу данных, которая позволит ускорить исследования в области нейронаук.