Bien que toutes nos cellules partagent le même ADN, il existe des milliers de types de cellules différents dans le cerveau humain, chacun ayant une structure et une fonction uniques. Un défi en neurosciences consiste à déterminer comment les gènes sont activés et désactivés pour former la mosaïque de différents types de cellules dans le cerveau.

Maintenant 10 études publiées dans la revue ‘Nature» nous rapprochent de la résolution de ce mystère en présentant la carte la plus complète et la plus détaillée des types de cellules présents dans le cerveau de la souris. Les résultats offrent un aperçu de la structure et de l’organisation du cerveau ainsi que du fonctionnement des cellules cérébrales individuelles et des circuits neuronaux. Le travail, réalisé par le Réseau de Recensement Cellulaire du Initiative CERVEAU (BICCN), fournit un outil poursuivre la recherche sur le développement et l’évolution du cerveau des mammifères, notamment sur la manière dont l’organisation de différents types de cellules pourrait contribuer aux troubles neurologiques chez l’homme.

Le résultat est l’effort de 6 ans et l’analyse de 32 millions de cellules grâce à l’utilisation de technologies avancées, qui ont permis d’identifier plus de 5 300 types de cellules (beaucoup plus que ce qu’on connaissait auparavant) et de montrer leur emplacement dans le géographie complexe du cerveau. Avoir une « liste complète des pièces » du cerveau aidera à accélérer les efforts visant à comprendre son fonctionnement, dit-il Hongkui ZengDirecteur de Institut Allen pour les sciences du cerveau.

Cette carte complète des types de cellules dans le cerveau d’un mammifère peut révéler « non seulement l’activité génétique des cellules individuelles, mais également leur emplacement dans les tissus et les organes », explique-t-il. Evan Macoskodu Institut élargi.

Le travail collectif est la pierre angulaire du réseau de recensement cellulaire de la National Institutes of Health BRAIN Initiative, ou BICN. Des centaines de chercheurs ont contribué au projet financé par l’initiative BRAIN.

Plus tôt cette année, les scientifiques du BICCN ont publié un atlas du cerveau humain, le premier du genre, qui a identifié plus d’une centaine de types de cellules cérébrales. Le nouvel atlas du cerveau de souris complète ces travaux et les étend en comparant les cerveaux de différentes espèces..

Pour Rafael Yuste, directeur du Centre de Neurotechnologie de l’Université Columbia à New York (USA), président de la Fondation NeuroDroits et promoteur du projet BRAIN, ce lot d’articles « est une autre des premières salves de ce qui sera un torrent d’études dans la prochaine décennie qui classeront, à l’aide de techniques transcriptomiques, tous les types cellulaires du corps. Pourquoi les types de cellules sont-ils importants ? Le corps est une machine biologique très complexe, composée de cellules de nombreux types. Certains critiques pourraient dire, non sans raison, que nous ne comprendrons pas le fonctionnement d’un organe du corps tant que nous ne saurons pas quels types de cellules le composent.

Coupes des principales régions connues du cerveau de la souris, présentées en différentes couleurs pour référence.

Laboratoires Macosko et Chen.

Dans les déclarations à Centre des médias scientifiquesYuste souligne que la chose la plus innovante dans ces articles « est que non seulement les types de cellules du cerveau sont cartographiés, mais que la position de chaque type de neurone est cartographiée pour la première fois. « C’est ce qu’on appelle la ‘transcriptomique spatiale’, qui utilise de nouvelles techniques de microscopie qui permettent l’analyse transcriptomique de positions spécifiques dans des coupes histologiques. »

L’article de l’équipe de Zeng décrit comment la carte à haute résolution a été créée, à partir d’une combinaison de séquençage d’ARN unicellulaire d’environ 4 millions de cellules et données transcriptomiques espace d’environ 4,3 millions de cellules.

Les résultats révèlent des caractéristiques uniques de l’organisation des types cellulaires dans différentes régions du cerveau.

En combinant le séquençage de l’ARN unicellulaire avec la transcriptomique spatiale (méthodes permettant de déterminer quels gènes sont exprimés dans des cellules individuelles et où se trouvent ces cellules), la recherche a révélé l’étonnante complexité et diversité du cerveau.

L’une des principales révélations de l’atlas est le lien profond entre l’identité génétique d’une cellule et sa position spatiale, explique Zeng. Cette relation souligne le fonctionnement des formes de localisation, offrant des indices sur l’histoire évolutive et les interactions complexes de différentes régions du cerveau.

« Nous observons les composants de base des circuits cérébraux », dit-il. « L’organisation du cerveau reflète probablement son histoire évolutive. »

Dans un autre article, la régulation génétique dans le cortex moteur primaire de humains, macaques, ouistitis et souris et les chercheurs découvrent des caractéristiques conservées chez ces mammifères dans des variantes génétiques liées à des maladies telles que la sclérose en plaques, l’anorexie mentale et la dépendance au tabac.

Ces résultats démontrent la valeur des cartes cérébrales pour identifier les variantes génétiques qui contribuent aux maladies et aux traits neurologiques, écrivent les chercheurs.

D’autres articles identifient les caractéristiques génétiques spécifiques des cellules qui influencent les fonctions cellulaires spécialisées ou explorent comment les types de cellules dans différentes parties du cerveau forment des connexions.

À l’avenir, les chercheurs pensent que l’atlas pourra servir de modèle pour des cartographies similaires dans le cerveau d’autres espèces, en particulier les humains, travaux déjà en cours.

Étudier ainsi le cerveau pourrait nous aider à découvrir de nouvelles approches thérapeutiques pour certaines maladies.

Bing Ren

Université de Californie à San Diego

La recherche fournit également des conseils pour cibler génétiquement des types de cellules spécifiques, permettant ainsi aux outils d’étudier des fonctions et des maladies spécifiques. «Cela pourrait ouvrir la voie à des traitements de précision», souligne Zeng.

« Nous savons que de nombreuses maladies trouvent leur origine dans des parties spécifiques du cerveau et probablement dans des types de cellules spécifiques », explique le chercheur. « Grâce à cette carte, nous pouvons obtenir une vision plus précise du dysfonctionnement de la maladie et ensuite concevoir des outils génétiques ou pharmacologiques pour cibler ces types de cellules spécifiques, pour une plus grande efficacité et des effets secondaires minimes. »

« Ce travail nous aide à établir une compréhension de base de ce qu’est le cerveau au niveau cellulaire », dit-il. Bing Rende la Université de Californie à San Diego, et auteur de l’une des études. «Cela nous permettra de faire des comparaisons entre notre base et des cerveaux atteints de troubles neurologiques et psychiatriques. « Etudier le cerveau de cette manière pourrait nous aider à découvrir de nouvelles approches thérapeutiques pour certaines maladies. »

« Le cerveau n’est pas homogène et les maladies n’affectent pas toutes les parties du cerveau de la même manière », explique Ren. Les données de cette recherche et de l’initiative BRAIN dans son ensemble nous aident à mieux comprendre quels types de cellules sont affectés dans des maladies spécifiques. « Nous espérons que cela ouvrira la voie à des thérapies plus précises et ciblées capables de guérir les cellules malades sans affecter le reste du cerveau. »

Autrement dit, précise Ren, En comprenant le langage des cellules cérébrales, nous pouvons découvrir ce qui ne va pas dans les maladies cérébrales.

« En cartographiant le cerveau de la souris, le principal système mammifère utilisé en neurosciences, nous avons fourni des classifications moléculaires, fonctionnelles et anatomiques qui constituent une base essentielle pour cartographier le cerveau humain, ce qui suit », explique Macosko.

Yuste conclut que ces données ne constituent pas la fin « mais le début du chemin ». Il reconnaît que le travail a des limites, « il s’agit d’une photo fixe des gènes qui étaient actifs à un moment donné et cela ne nous dit pas lesquels étaient importants ». En tout cas, ajoute-t-il, « ce lot d’articles me rappelle le projet du génome humain, qui commençait à inonder les revues scientifiques d’articles signés par des dizaines de scientifiques séquençant les génomes, mais avec une précision croissante et chez davantage d’espèces ». Est Grande scienceune science à un niveau déjà industriel, comme la physique des particules. Santiago Cajal et Rafael Lorente de No « Ils doivent être heureux aujourd’hui. »

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