Naukowcy stworzyli pierwszą systematyczną mapę mózgu łączącą myszy i małpy. Ma pomóc w przenoszeniu odkryć na ludzi

Skupienie na regionach liściastych

Kluczowym pomysłem stojącym za mapą jest to, że najpewniejszym sposobem porównywania mózgów różnych gatunków jest rozpoczęcie od najdrobniejszego możliwego poziomu szczegółowości anatomicznej. Zespół oparł swoje porównanie na najmniejszych, najbardziej szczegółowych podobszarach mózgu – tak zwanych regionach liściastych (ang. leaf-level regions) .

Podczas gdy większe struktury mózgu często mają niespójne nazwy i granice w różnych atlasach, większość istniejących atlasów zgadza się zaskakująco dobrze co do tych najmniejszych, dających się zidentyfikować części. Profesor Mitra wyjaśnił to podejście prostą analogią: „Pomyśl o stanach i miastach. Nowy Jork może być w jednym atlasie nazwany Nowym Jorkiem, a w innym Nowym Amsterdamem, ale wszyscy na lokalnym poziomie wiedzą dokładnie, o czym mówisz” . Dopasowując najpierw te podstawowe elementy, zespół mógł następnie wiarygodnie zbudować odpowiedniki między większymi regionami mózgu obu gatunków.

Systematyczna synteza literatury

Zespół przeanalizował dane z ponad 100 opublikowanych badań, z których każde wykorzystywało techniki takie jak wstrzykiwanie znaczników nerwowych i mapowanie histologiczne w celu zdefiniowania obszarów mózgu u myszy i marmozet . Ten systematyczny przegląd pozwolił im pogodzić rozbieżności między wieloma powszechnie używanymi atlasami mózgów obu gatunków.

Ilościowe ramy porównawcze

Korzystając z obliczeniowych i statystycznych metod zaimplementowanych w MATLAB-ie, badacze porównali profile przestrzenne, strukturalne i łącznościowe regionów liściastych u myszy i marmozet . Ustalili pięć typów odpowiedników między strukturami mózgu i odkryli, że 43% liściastych struktur mózgu myszy ma odpowiedniki jeden do jednego u marmozet . Pozostałe struktury są albo specyficzne dla danego gatunku, albo mają bardziej złożone relacje.

Jak ta mapa rozwiązuje problem przenoszenia badań

Luka ewolucyjna

Głównym wyzwaniem jest to, że mózg gryzonia oddzielił się od linii naczelnych około 90 milionów lat temu . Wiele leków i odkryć dotyczących obwodów nerwowych, które okazują się obiecujące u gryzoni, zawodzi w badaniach klinicznych na ludziach, ponieważ na podstawowym poziomie mózgi są inaczej połączone.

Marmozety, jako małpy Nowego Świata, dzielą z ludźmi znacznie bardziej podobną architekturę mózgu. Mapując, które obszary mózgu myszy mają bezpośrednie homologi u marmozet, nowy atlas mówi badaczom, które aspekty neurobiologii opartej na gryzoniach prawdopodobnie sprawdzą się u naczelnych.

Praktyczny most translacyjny

Oto, jak badacze mogą korzystać z mapy w praktyce:

• Jeśli odkrycie na gryzoniach dotyczy regionu mózgu, który ma czyste odwzorowanie u marmozety (a przez to u człowieka), jest silnym kandydatem do pomyślnego przeniesienia .
• Jeśli odkrycie dotyczy regionu specyficznego dla gryzonia, który nie ma odpowiednika u naczelnych, prawdopodobnie nie będzie można go uogólnić na ludzi .

Wpływ na rozwój leków

Mapa pozwala badaczom sprawdzić, czy cel leku lub manipulacja obwodem nerwowym działająca u myszy ma analogiczny odpowiednik w mózgu naczelnego (innego niż człowiek) przed przejściem do kosztownych badań na ludziach. Może to pomóc w priorytetyzacji najbardziej obiecujących kandydatów na leki i zmniejszyć wysoki wskaźnik niepowodzeń eksperymentalnych terapii, które są skuteczne u gryzoni, ale zawodzą u ludzi .

Szerszy kontekst

Ta międzygatunkowa mapa mózgu opiera się na dziesięcioleciach prac nad mapowaniem mózgu w CSHL, w tym na projekcie Mouse Brain Architecture Project i wkładzie w japoński atlas połączeń mózgu marmozet w ramach Brain/MINDS . Zapewnia ujednoliconą ramę do porównywania struktury mózgu w obrębie linii ssaków.

Dla badaczy opracowujących nowe metody leczenia schorzeń neurologicznych i psychiatrycznych ta mapa oferuje bardzo potrzebną weryfikację rzeczywistości – i sposób na skoncentrowanie zasobów na odkryciach, które mają największą szansę na przeskoczenie z myszy na człowieka.

Kluczowy wniosek

43% liściastych regionów mózgu myszy ma bezpośrednie odpowiedniki jeden do jednego w mózgu marmozety, wynika z analizy zespołu CSHL . Pozostałe regiony mogą być adaptacjami specyficznymi dla gatunku. Ta międzygatunkowa mapa daje neurobiologom systematyczne narzędzie do decydowania, które odkrycia na gryzoniach warto badać u naczelnych – a które są ewolucyjnymi ślepymi zaułkami dla medycyny ludzkiej.