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Ricerche

Nel nostro cervello coesistono neuroni molto diversi tra loro

Nel nostro cervello coesistono neuroni molto diversi tra loroDei ricercatori hanno identificato 16 sottotipi neuronali, analizzando migliaia di singoli neuroni in sei aree di Brodmann di un cervello umano post mortem.
Un team di ricercatori ha messo a punto il primo metodo scalabile per identificare i diversi sottotipi di neuroni del cervello umano.


Questa ricerca pone le basi per l'attività di "mappatura" dei geni nel cervello umano e potrebbe contribuire a fornire una migliore comprensione delle sue funzioni e dei suoi disturbi, tra cui l'Alzheimer, il Parkinson, la schizofrenia e la depressione.


Isolando e analizzando il nucleo di singole cellule del cervello umano, i ricercatori hanno identificato 16 sottotipi neuronali nella corteccia cerebrale, lo strato esterno di tessuto neurale del cervello responsabile delle funzioni cognitive che comprendono la memoria, l'attenzione e il processo decisionale.


Il team, guidato da ricercatori della University of California di San Diego, dello Scripps Research Institute (TSRI) e di Illumina, ha pubblicato le sue scoperte on-line il 24 giugno sulla rivista Science. "Stiamo fornendo un quadro unitario per esaminare e confrontare singoli neuroni, per scoprire quanti tipi unici di neuroni esistono", ha detto Zhang Kun, professore di bioingegneria all'Università della California di San Diego e autore corrispondente dello studio.


I ricercatori possono usare questi sottotipi neuronali diversi per costruire quella che Zhang chiama "mappa di riferimento" del cervello umano, uno dei fondamentali per capire le differenze tra un cervello sano e uno malato. "In futuro, i pazienti con disturbi o anomalie cerebrali potranno essere diagnosticati e trattati in base a come si differenziano dalla mappa di riferimento. Questo è analogo a quello che è stato fatto con la mappa di riferimento del genoma umano", ha detto Zhang.


Il nuovo studio riflette la crescente comprensione che le singole cellule cerebrali sono uniche: esprimono diversi tipi di geni e svolgono funzioni diverse. Per comprendere meglio questa diversità, i ricercatori hanno analizzato più di 3.200 singoli neuroni umani in sei aree di Brodmann, che sono le regioni della corteccia cerebrale classificate per la funzione e l'organizzazione dei neuroni.


Attraverso uno sforzo di collaborazione interdisciplinare, il team ha sviluppato un nuovo metodo per isolare e sequenziare i singoli nuclei delle cellule. Ricercatori del TSRI, guidati dal professore di neuroscienze Jerold Chun, hanno ottenuto campioni da un cervello post mortem e si sono concentrati sull'isolamento dei nuclei neuronali. Il laboratorio di Zhang ha lavorato con Fluidigm, un produttore di chip microfluidici per gli studi unicellulari, per sviluppare un protocollo che identifica e quantifica le molecole di RNA nei singoli nuclei neuronali. Gli scienziati di Illumina di San Diego hanno sequenziato le librerie di RNA derivanti. I ricercatori guidati dal professore di biochimica Wei Wang alla UC San Diego hanno sviluppato algoritmi per raggruppare e identificare 16 sottotipi neuronali dai set di dati sequenziati.


I ricercatori hanno decifrato quali tipi di geni sono "attivati" all'interno di ogni nucleo e hanno rivelato che varie combinazioni dei 16 sottotipi tendevano a raggrupparsi in strati corticali e nelle aree di Brodmann, aiutando così a spiegare perché queste regioni hanno apparenze e funzioni diverse.


I neuroni hanno mostrato molte differenze nei loro profili trascrittomici (i modelli di geni che sono espressi attivamente da queste cellule), rivelando che ci sono neuroni singoli con caratteristiche condivise, e anche uniche, che probabilmente portano a differenza nella funzione cellulare.


"Stiamo trovando nuovi modi per capire gli elementi di base del cervello", ha detto Blue Lake, ricercatore post-dottorato nel laboratorio di Zhang e primo co-autore dello studio. "Il nostro studio apre la porta all'esame dei modelli di espressione genica globale e come ciò definisce i tipi di cellule all'interno di un tessuto normale, che può essere usato anche per vedere cosa c'è di anormale in termini di malattie o disturbi".


Negli studi futuri, i ricercatori intendono analizzare i neuroni in altre aree di Brodmann del cervello e capire quali sottotipi esistono in altre regioni del cervello. Hanno inoltre in programma di studiare i neuroni da diversi cervelli umani post mortem (questo studio ne ha coinvolto solo uno) per indagare sulla diversità neuronale tra gli individui.

 

 

 


Fonte: University of California - San Diego (> English text) - Traduzione di Franco Pellizzari.

Riferimenti: Kun Zhang et al. Neuronal subtypes and diversity revealed by single-nucleus RNA sequencing of the human brain. Science, June 2016 DOI: 10.1126/science.aaf1204

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