Organizacija ljudskog mozga se razvija tokom vremena, prateći koordinisanu ekspresiju hiljada gena. Povezivanje razvoja zdrave organizacije mozga sa genima uključenim u stanja mentalnog zdravlja kao što su autizam i šizofrenija može pomoći da se otkriju biološki uzroci ovih poremećaja.
Istraživači sa Univerziteta u Kembridžu i drugih instituta širom sveta nedavno su sproveli studiju koja povezuje ekspresiju gena u zdravom mozgu sa imidžingom, transkriptomikom i genetikom poremećaja autističnog spektra i šizofrenije. Njihov rad, objavljen u Nature Neuroscience, otkrio je tri različita prostorna obrasca ekspresije kortikalnih gena, svaki sa specifičnim asocijacijama na autizam i šizofreniju.
„Prethodni rad je pokazao da svi ljudski mozgovi imaju isti primarni prostorni obrazac ekspresije gena (C1) koji odražava hijerarhiju veza između neurona“, rekao je Richard Dear, koautor rada, za Medical Kspress. „Naša hipoteza je bila da verovatno postoji više od jednog obrasca koji organizuje način na koji se dvadeset hiljada ljudskih gena izražava u našem mozgu.“
Primarni cilj nedavne studije Dira i njegovih kolega bio je da otkriju nove prostorne obrasce ekspresije gena. Nadali su se da će ovi novi obrasci rasvetliti takozvane „transkripcione programe“, biološke mehanizme kroz koje se ljudski mozak razvija iu zdravlju iu bolesti.
„Ključni izazov za ovu studiju bili su ograničeni dostupni podaci“, rekao je Dear. „Alenov Atlas ljudskog mozga ostaje jedini skup podataka o ekspresiji gena sa visokom prostornom rezolucijom u celom mozgu, a prikupljen je od samo šest zdravih donatora. Stoga smo morali da pronađemo način da identifikujemo obrasce u ovim ograničenim podacima za koje smo bili uvereni da predstavljaju opšte transkripcijski programi koji se dele u svim ljudskim mozgovima.“
Kao deo svoje studije, istraživači su sproveli različite računarske analize kako bi potvrdili svoje rezultate, uključujući test permutacije za robusnost i validaciju u tri različita tipa nezavisnih podataka. Takođe su tražili asocijacije između novih transkripcionih programa i ranije objavljenih podataka koji se odnose na organizaciju mozga, razvoj, ekspresiju gena i genetske varijacije povezane sa funkcijom mozga u zdravlju i bolesti.
„Ono što je bilo najupečatljivije je kako se svaka nova analiza koju smo izvršili konvergirala na istu doslednu priču“, objasnio je Dear. „Drugi obrazac ekspresije gena (C2) se odnosi na kognitivni metabolizam i autizam, dok se treći obrazac (C3) odnosi na plastičnost mozga u adolescenciji i šizofreniji. Kritično, oba obrasca su identifikovana i u potpunosti potvrđena u mozgovima neurotipičnih donatora.“
Dear i njegovi saradnici su prvi koji povezuju neurotipsku ekspresiju gena mozga sa autizmom i šizofrenijom preko tri uobičajena tipa prethodnih rezultata (tj. neuroimaging-kontrola slučaja, diferencijalna ekspresija gena i studije asocijacija na nivou genoma). Njihovi rezultati sugerišu da se podaci prikupljeni korišćenjem ovih različitih tehnika, za koje se ranije činilo da nisu povezani, u stvari mogu pratiti do istih transkripcionih programa koji usmeravaju razvoj zdravog ljudskog mozga.
„Sledeći korak za nas biće da zaronimo dublje u biologiju tri obrasca da bismo ih razumeli na više mehaničkom nivou, koristeći nedavno objavljene podatke sekvenciranja RNK sa jednim jezgrom“, dodao je Dear. „Na primer, nadamo se da ćemo otkriti ključne gene ili faktore transkripcije koji vode ekspresiju C1-C3 obrazaca u ranom razvoju u različitim tipovima ćelija. Takođe se nadamo da će ova tri obrasca i optimizovani kod za analizu koji smo razvili biti resurs za drugi naučnici koji žele da razumeju genetske osnove prostorne organizacije mozga.“
