В глубине головного мозга находится комплекс структур, отвечающих за движения, принятие решений, формирование привычек и управление эмоциями. Сбои в его работе связывают с неврологическими и психическими патологиями, однако до последнего времени специалисты не имели полного представления о том, какие именно клетки участвуют в этих процессах. Международная группа исследователей подготовила самую детальную на данный момент карту этой области мозга и уже применила ее для поиска более прицельного способа терапии болезни Паркинсона. О других сделанных открытиях рассказывается в материале «Известий».

Атлас 25,5 миллиона клеток базальных ганглиев

В международном проекте приняли участие сотни специалистов более чем из 50 научных организаций девяти государств. Ученые проанализировали 25,5 миллиона клеток: примерно 21 миллион человеческих, 3 миллиона клеток макак и 1,5 миллиона клеток игрунок. Для сравнения также привлекли ранее накопленные сведения о мозге мышей.

Исследователи устанавливали разновидности клеток, уровень активности генов, их пространственное расположение и молекулярные параметры. В результате им удалось создать детальную систему описания базальных ганглиев — комплекса связанных между собой структур в глубине мозга. Они отвечают за контроль движений, обучение, выработку привычек, мотивацию и эмоциональные реакции.

Итоги работы опубликованы в 27 научных статьях в журналах Cell, Cell Reports Medicine, Cell Systems, Cell Genomics и Neuron. Создатели атласа надеются, что он станет общей платформой для специалистов, занимающихся изучением работы мозга и механизмов возникновения болезней.

Новая разновидность нейронов, ассоциированная с шизофренией

Одним из итогов проекта стало выявление ранее подробно не описанной группы нейронов STR D2 SMYD2-HTR7. Эти клетки принадлежат к нейронам полосатого тела — самой крупной структуры базальных ганглиев. Сравнение клеточных сведений с данными генетических анализов показало, что эта группа коррелирует с вариантами ДНК, увеличивающими вероятность шизофрении и биполярного расстройства.

Также ученые выявили клеточные характеристики, ассоциированные с депрессией и посттравматическим стрессовым расстройством. Помимо этого, отдельное исследование в рамках проекта обнаружило изменения в некоторых группах клеток полосатого тела у людей с аутизмом. Раньше внимание при изучении этого состояния уделялось в основном коре головного мозга, поэтому новые данные указывают на возможное участие более глубоких структур.

Вместе с тем выявленные ассоциации не говорят о том, что конкретные нейроны напрямую провоцируют психические заболевания. Специалистам еще предстоит установить, как генетические особенности воздействуют на функционирование этих клеток и способны ли подобные изменения стать целью для будущих терапевтических методов.

Поиск более прицельной терапии болезни Паркинсона

Практическую ценность атласа авторы показали на примере болезни Паркинсона. При этой патологии нарушается деятельность нейронных систем, связанных с дофамином, что вызывает, среди прочего, двигательные симптомы. Исследователи применили данные о клеточном составе полосатого тела, чтобы более точно определить, куда нужно направлять терапевтическое воздействие.

В опытах на мышах с моделью болезни Паркинсона использовали генетический переключатель — энхансер, дающий возможность влиять на конкретную группу клеток. Благодаря ему исследователи увеличили содержание предшественника дофамина прямо в клетках полосатого тела. Эта методика позволила ослабить симптомы и снизить выраженность типичных побочных явлений.

Как отмечается в статье, прицельная генная терапия в экспериментах показала не меньшую эффективность, чем влияние на более обширную группу клеток, но отличалась более высоким уровнем безопасности. Пока результаты получены лишь на животных моделях. Прежде чем применять аналогичную методику у пациентов, нужны дополнительные исследования.

Как атлас поможет в изучении других болезней мозга

Базальные ганглии имеют отношение не только к болезни Паркинсона и шизофрении. Сбои в их работе также исследуются при болезни Хантингтона, синдроме Туретта, обсессивно-компульсивном расстройстве и зависимостях. Детальная карта даст специалистам возможность устанавливать, какие конкретно виды клеток задействованы в патологических процессах, и сравнивать их молекулярные свойства со сведениями о здоровом мозге.

Еще одним достоинством проекта является возможность сопоставлять клеточные структуры различных видов. Для нейробиологии это особенно значимо: многие опыты нельзя проводить на живом мозге человека, поэтому применяются животные модели. Сравнение информации о человеке, макаках, игрунках и мышах помогает понять, какие клеточные особенности сохраняются между видами и в какой степени экспериментальные результаты можно переносить на человека.

Все материалы и инструменты проекта планируется открыть для научного сообщества. В дальнейшем авторы намерены использовать созданную систему как фундамент для более масштабного атласа всего мозга человека. По мнению участников, эта карта может стать отправной точкой для разработки методик, которые будут воздействовать не на целые области мозга, а на определенные клеточные группы.