글로벌 협력을 통해 420만 개의 세포가 포함된 세계에서 가장 포괄적인 영장류 뇌 지도책이 제작되었으며, 특정 영역의 기능과 신경 질환과의 연관성이 밝혀져 미래의 뇌 연구와 질병 중재를 위한 길을 열었습니다. 400만 개 이상의 세포를 분석하여 현재까지 가장 큰 지도책을 작성하여 인간 두뇌의 진화와 질병 및 치료의 새로운 목표를 탐색하는 데 도움을 주었습니다.

과학에서 오랫동안 미스터리로 남아 있던 것은 1억 개가 넘는 개별 뉴런이 어떻게 함께 작용하여 우리가 누구인지, 즉 우리가 갖고 있는 모든 생각, 감정, 행동의 기초를 형성하는 네트워크를 형성한다는 것입니다.

이러한 세포 집단을 매핑하고 그 기능을 발견하는 것은 미국 국립보건원(National Institutes of Health)의 뇌 이니셔티브 세포 인구 조사 네트워크(Brain Initiative Cell Census Network) 프로젝트의 일환으로 전 세계 수십 명의 21세기 분자 지도 제작자의 장기적인 목표였습니다. 아틀라스의 전반적인 목표는 신경과학 연구의 발전을 돕는 것입니다. 희망은 이 프로젝트를 통해 과학자들이 뇌 장애와 자폐증 및 우울증과 같은 질환 뒤에 있는 이해하기 어려운 의학적 미스터리를 더 잘 이해할 수 있게 되는 것입니다.

이제 새로운 일련의 연구는 전례 없는 수준과 규모로 뇌 내부의 분자 작용의 광범위한 특징을 밝혀내고 있습니다.

인간과 동물 뇌의 진화를 더 잘 이해하기 위해 애리조나 주립대학교, 펜실베이니아 대학교, 워싱턴 대학교, 브로트만-바티 연구소의 과학자들이 이끄는 연구진이 세계 최대의 영장류 뇌 지도를 만들었습니다.

ASU 생명과학대학 및 진화의학센터 부교수이자 공동 저자인 노아 스나이더-맥클러(Noah Snyder-Mackler)는 “성인 영장류의 뇌에서 어떤 세포가 어디에 있고 무엇을 하는지 지도화하는 것은 인간의 인지와 행동의 진화를 이해하고 일이 잘못되어 신경 질환으로 이어질 때 어떤 일이 일어나는지 결정하는 데 중요합니다.”라고 말했습니다.

그들의 목표는 많은 뇌 세포(뉴런 및 비뉴런)를 식별 및 검사하고 최첨단 단일 세포 기술을 사용하여 포괄적인 분자 분석을 수행하는 것입니다.

이를 위해 그들은 30개의 서로 다른 뇌 영역의 샘플을 사용하여 세포별로 새로운 지도 세포를 지도화하고 구축했습니다. 최종 지도는 420만 개의 성인 영장류 뇌세포 지도로 구성된다.

"우리의 데이터는 현재까지 영장류에 대한 가장 크고 가장 포괄적인 다중 모드 분자 지도이며 인간을 포함한 영장류의 복잡한 행동을 생성하기 위해 뇌의 세포 수를 탐색하는 데 중요합니다"라고 수석 공동 저자이자 워싱턴 대학의 Brotman Baty 연구소 소장인 Jay Shendure는 말했습니다.

"이러한 데이터는 인간과 관련된 복잡한 사회적 행동 및 질병에 대한 중요하고 절실히 필요한 지도를 제공하고 이러한 세포와 ​​네트워크가 종에 따라 어떻게 유사하고 다른지 결정하기 위한 기초를 제공할 것입니다."라고 펜실베니아 대학의 신경과학, 심리학 및 마케팅학과 교수이자 수석 공동 저자인 Michael Platt가 말했습니다.

과학자들은 각 세포 핵에서 유전자 발현(258만 개의 전사체)과 상보적인 DNA 유전자 조절 영역(159만 개의 에피솜)의 완전한 세트를 분석했습니다. 종합해보면, 이 "다중 오믹스" 분석을 통해 저자는 다양한 뇌 세포 유형을 구성하는 분자 청사진을 연구할 수 있었고, 핵심 세포를 더 자세히 연구하고 조작할 수 있는 기회도 제공되었습니다.

유전자 발현 프로파일링을 사용하여 그들은 수백 가지의 분자적으로 구별되는 뇌 세포 유형을 식별할 수 있었습니다. 그들은 또한 세포 구성이 뇌 전체에 걸쳐 광범위하게 변화하여 뇌 세포 통신에 관여하는 신경 전달 물질부터 알츠하이머와 같은 질병으로부터 뇌를 보호하고 보호하는 세포를 지원하는 신경 전달 물질에 이르기까지 특정 영역 기능의 세포 특징을 드러낸다는 사실을 발견했습니다.

그들은 데이터를 사용하여 신경 질환, 장애, 증후군, 행동 또는 기타 특성의 위험과 관련된 53가지 표현형을 조사했습니다. 그들의 발견은 신경 질환의 주요 사망 원인인 근색전성 뇌졸중 또는 허혈성 뇌졸중과 관련된 세포를 포함하여 신경 질환과 관련된 세포 종류에 대해 알려진 역할을 포착합니다.

그들은 또한 알츠하이머병과 관련된 유전자가 뉴런을 보호하는 뇌의 주요 면역 세포인 소교세포(microglia)에만 ​​접근할 수 있는 DNA의 조절 영역에 위치하는 경향이 있음을 발견했는데, 이는 게놈 전체 연관 연구(GWAS)에서 발견된 알츠하이머병에서 소교세포 증식 및 활성화의 두드러진 역할과 일치합니다.

그들이 발견한 많은 규제 영역은 새로운 것이었기 때문에 팀은 세포 수준에서 신경 질환 위험의 유전적 구조를 탐색할 수 있었습니다. 공동 제1저자인 UA 진화의학센터 및 생명과학대학원의 박사후 연구원인 케네스 치우(Kenneth Chiou)는 “우리는 신경 질환의 유전적 위험과 특정 세포 유형의 후생유전체 상태 사이에 많은 연관성을 발견했습니다. 그 중 일부는 아직 연결되지 않았습니다.”라고 말했습니다.

또 다른 유형의 세포인 바구니 세포는 정신분열증, 양극성 장애, 주요 우울증 장애, 그리고 가장 강력하게는 간질과 같은 질병을 포함하여 가장 많은 GWAS 표현형을 풍부하게 했습니다. 그들은 또한 파킨슨병 관련 부위가 신경교 OPC, 희소돌기아교세포, 성상교세포의 개방된 영역에도 풍부하다는 것을 발견했습니다.

마지막으로 그들은 분석을 통해 주의력 결핍/과잉 행동 장애(ADHD)와 관련된 유전자좌가 중간 가시 뉴런의 개방 영역에만 풍부하다는 사실을 발견했습니다. 중앙 가시 뉴런은 성상 세포 매개 시냅스 생성의 활성화를 통해 행동 과잉 행동 및 주의력 장애와 관련이 있습니다. 그들의 결과는 가시 뉴런이 미래 ADHD 관련 연구의 유망한 새로운 목표가 될 수 있음을 시사합니다.

이제 "다원자" 지도는 인간 두뇌의 진화를 더 깊이 연구하고 질병 개입을 위한 새로운 목표를 식별할 수 있는 공개 자원을 글로벌 연구 커뮤니티에 제공합니다.