La mappa del cervello del topo rivela ciò che ci rende umani

AGI - Due nuovi studi hanno stilato il primo atlante completo dei tipi di cellule del cervello dei mammiferi. Lo studio, condotto su topi, dai ricercatori della UC San Diego, del Salk Institute for Biological Studies, dell’Allen Institute for Brain Science e di altre istituzioni è stato pubblicato in un’edizione speciale di Nature. La ricerca fa parte dell’iniziativa Brain Research Through Advancing Innovative Neurotechnologies del National Institutes of Health, o BRAIN Initiative, lanciata nel 2014, e ha come obiettivo quello di approfondire la comprensione del funzionamento interno della mente umana e migliorare il modo in cui trattiamo, preveniamo e curiamo i disturbi del cervello.

Nonostante tutte le nostre cellule condividano lo stesso DNA, nel cervello umano esistono migliaia di tipi cellulari diversi, ciascuno con una struttura e una funzione uniche. Un problema di lunga data delle neuroscienze è determinare il modo in cui i geni vengono attivati ​​e disattivati ​​per formare il mosaico di diversi tipi di cellule all’interno del cervello. Oggi, i due nuovi studi sembrano avvicinarsi alla risoluzione di questo mistero.

I ricercatori hanno analizzato più di 2,3 milioni di singole cellule cerebrali di topo per creare una mappa completa del cervello e hanno usato l’intelligenza artificiale per aiutare a prevedere quali tratti di DNA vengono impiegati per determinare il tipo di cellula cerebrale. I ricercatori hanno anche esaminato i cervelli degli esseri umani e dei primati per studiare l’evoluzione dei processi utilizzati dalle cellule per attivare e disattivare i geni.

“Il DNA di una cellula è come il suo linguaggio”, ha detto Bing Ren, professore alla UC San Diego School of Medicine e autore senior. “Proprio come la radice di alcune parole è condivisa in molte lingue, alcuni geni e modelli di espressione genica sono conservati tra le diverse specie. Imparare a comprendere e interpretare il linguaggio molecolare del cervello può aiutarci a saperne di più sul suo funzionamento generale e su ciò che accade al suo interno in caso di situazioni neuropsichiatriche”, ha continuato Ren.

“Questo lavoro ci aiuta a stabilire una comprensione di base di come sia il cervello a livello cellulare”, ha aggiunto Ren. “Questo ci permetterà di poter confrontare i cervelli in condizioni sane e quelli affetti da disturbi neurologici e psichiatrici”, ha sottolineato Ren. “Studiare il cervello in questo modo potrebbe aiutarci a scoprire nuovi approcci terapeutici per queste patologie”, ha affermato Ren. Il lavoro si aggiunge a quello pubblicato all’inizio di quest’anno da Ren e altri scienziati del progetto ‘Cell Census Network’ della Brain Initiative, che ha identificato più di cento tipi di cellule cerebrali.

Il loro nuovo atlante del cervello di topo lo completa e lo amplia con un confronto tra i cervelli di specie diverse. Lo studio ha descritto le cellule cerebrali umane con un dettaglio molecolare senza precedenti, classificandole in sottotipi più precisi, individuando la loro posizione nel cervello e tracciando come le caratteristiche cellulari cambiano nel corso della vita. Per esempio, confrontando il cervello dei topi con quello degli esseri umani e dei primati non umani, i ricercatori hanno scoperto che i modelli di espressione genica specifici per ogni tipo di cellula si evolvono molto più rapidamente rispetto ai modelli condivisi tra i vari tipi di cellule.

Questo potrebbe spiegare perché nel cervello ci sono così tanti tipi di cellule diverse. “Gli esseri umani si sono evoluti nel corso di milioni di anni e gran parte di questa storia evolutiva è condivisa con altri animali”, ha dichiarato Joseph Ecker, professore del Salk Institute for Biological Studies che ha condotto uno dei nuovi studi insieme a Ren. “I dati provenienti dagli esseri umani da soli non saranno mai sufficienti a dirci tutto ciò che vogliamo sapere sul funzionamento del cervello”, ha spiegato Ecker.

“Ma -ha aggiunto Ecker – colmando queste lacune con altre specie di mammiferi, possiamo continuare a rispondere a queste domande e migliorare i modelli di apprendimento automatico che utilizziamo fornendo loro più dati”. Sebbene le iniziative BRAIN e BICCN siano ancora in corso, alcune intuizioni si stanno già rivelando rilevanti per la cura delle malattie umane. Per esempio, i ricercatori hanno scoperto che molti dei programmi genetici che determinano il tipo di cellula si trovano in parti del genoma che sono già state implicate in malattie umane, come la sclerosi multipla, l’anoressia nervosa e il disturbo da uso di tabacco. Questo potrebbe aiutare a far luce su come i disturbi neuropsichiatrici influenzano l’area cerebrale. “Il cervello non è omogeneo e le malattie non colpiscono tutte le parti allo stesso modo”, ha sotenuto Ren.

“Le intuizioni di questa ricerca e dell’iniziativa BRAIN nel suo complesso ci stanno aiutando a capire meglio quali tipi di cellule sono colpite da malattie specifiche”, ha sottolineato Ren. “Speriamo che questo apra la strada a terapie più precise e mirate, in grado di guarire le cellule malate senza intaccare il resto del cervello”, ha concluso Ren.