ソーク研究所が人間の老化脳の地図作成に126億XNUMX万ドルの取り組みを主導

2022 年 9 月 22 日

ソーク研究所が人間の老化脳の地図作成に126億XNUMX万ドルの取り組みを主導

ソーク史上最大の助成金により、人間の脳を構成する多くの個々の細胞（分子的特徴、細胞がどこに存在するか、加齢とともにどのように変化するか）を詳細に調べるためのマルチオームヒト脳細胞アトラスセンターが新たに設立される

2022 年 9 月 22 日

ラホヤ】国立衛生研究所（NIH）からの126年間でXNUMX億XNUMX万ドルの助成金を得て、ソーク研究所の科学者が率いるチームは、新たなマルチオームヒト脳細胞アトラスセンターを立ち上げた。 NIHの一部 革新的なニューロテクノロジーの進歩による脳研究®（ブレイン）イニシアチブこのプロジェクトは、人間の脳を構成する細胞を前例のない分子レベルで詳細に記述し、脳細胞をより正確なサブタイプに分類し、脳内の各細胞の位置を正確に特定することを目的としています。 さらに、チームはこれらの機能が人生の初期から晩年にかけてどのように変化するかを追跡する予定です。

目標は、定型発達の人間の脳がどのように機能し、老化するのかをより深く理解することです。 このプロジェクトでは、科学者がアルツハイマー病、自閉症、うつ病、外傷性脳損傷などの神経学的または精神医学的状態の脳を比較できるベースラインも確立されます。

「私たちが開発した脳地図は、疾患研究者を正しい方向に導くのに役立つ可能性があります。たとえば、『これはゲノムのその領域、ニューロンの特定のサブセット、脳のその部分で分子イベントが異常をきたしている』と言うことができます。」その病気を引き起こすのです」とセンターリーダーの教授は言う ジョゼフ・エッカー、ソークのゲノム分析研究所の所長およびハワード・ヒューズ医学研究所の研究者。 「そして最終的には、この情報は、治療が必要な細胞集団のみを標的とし、適切な遺伝子を適切なタイミングで適切な場所に届ける遺伝子治療の設計に役立つ可能性があります。」

Ecker に加えて、Center for Multiomic Human Brain Cell Atlas には以下が含まれます。 マルガリータ・ベーレンス、ソーク大学の研究教授、カリフォルニア大学サンディエゴ校のビン・レン氏、カリフォルニア大学アーバイン校のシアンミン・シュー氏、セントルイスのワシントン大学のティン・ワン氏。

ソーク氏には同センターの資金のうち約77万ドルが与えられる予定で、これは同研究所が62年の歴史の中で受け取った単一の助成金としては最大となる。

始まり

NIH の新しい BRAIN Initiative Cell Atlas Network の一部である Multiomic Human Brain Cell Atlas センターは、BRAIN Initiative Cell Census Network として知られるプロジェクトであるマウス脳の地図を作成する XNUMX 年間の取り組みに基づいて構築されています。 の特集号 自然 10月に公開2021 その努力の結果を説明した、さまざまな種類の細胞がマウスの脳全体でどのように組織され、接続されているかが含まれます。

「私たちが月への短い旅行から宇宙旅行について学んだのと同様に、マウスの脳マッピングプロジェクトは、はるかに大きな脳にアプローチする方法や、真のマッピングを行うために必要なゲノム情報の種類について多くのことを学びました。人間の脳です」とベーレンス氏は言う。 「このプロジェクトは、科学におけるチームワークがいかに実りあるものになるかを示す一例です。この種のプロジェクトは XNUMX つの研究室では達成できません。」

人間の脳のマッピング

マルチオームヒト脳細胞アトラスセンターでは、研究者らは 1,500 個の脳サンプル (さまざまな年齢の人間の脳 30 個、それぞれ 50 個の領域) を検査します。 同センターは主に、各細胞の遺伝子配列ではなく、エピジェネティクス（特定の細胞型または特定の時期に遺伝子が「オン」になるか「オフ」になるかに影響を与える分子事象）に関係している。 同センターは、どの細胞がどこに生息しているかも考慮する。 細胞は相互に通信するため、場所は重要だとエッカー氏は言う。

カリフォルニア大学アーバイン校のチームメンバーは主に脳サンプルの取得を管理します。 ソークの科学者は、各領域の個々の細胞から各核を単離し、クロマチンの構造や DNA メチル化 (つまり、染色体の 3D 構造と化学タグでどのように修飾されるか) などの分子の詳細を記録します。カリフォルニア大学サンディエゴ校のレンの研究室では、クロマチン修飾と遺伝子発現について見ていきます。

「本質的に、私たちは数百万、さらには数億の脳細胞を採取し、それらのエピジェネティクスとそのクロマチンがどのように配置されているかについてできる限りすべてを学び、それらを空間的文脈に投影して、これらの細胞がどこに存在するかを確認し、すべてがどのように配置されているかを理解できるようにしたいと考えています。どの脳領域の細胞も、どの年齢であっても組織化されています」と、遺伝学のソーク国際評議会議長も務めるエッカー氏は言う。

「現時点では、人間の脳に関するそのようなデータはほとんどありません。」

テクノロジーとデータ

通常、研究者が単一の細胞を研究する場合、その細胞は脳の残りの部分から除去されるため、導き出される結論は限られます。 これを克服するために、エッカー氏のチームは、空間トランスクリプトミクスと呼ばれる新しい技術を使用して、遺伝データによって細胞を識別し、その情報を使用して細胞を元の位置にマッピングします。

チームが適用する他の技術の多くは、研究者自身によって開発されました。 たとえば、エッカー氏のチームは開発に XNUMX 年を費やしました。 snmCATseqは、単一細胞の DNA、RNA、オープンクロマチンを同時に分析する技術です。

Ecker 氏は、プロジェクト中に彼の研究室だけで 11 ペタバイトの生データが生成されると見積もっています。これは、171,875 個のサム ドライブ (各 64GB) に相当します。これは、計算生物学、データ ストレージ、分析における同センターの専門知識とリソースを裏付けています。 ワシントン大学のチームメンバーがデータ管理と統合を担当します。

「BICAN賞の発表により、私たちは2014年に始まったBRAINイニシアチブの細胞調査プログラム全体で刺激的な移行を進めています」とNIH BRAINイニシアチブのディレクター、ジョン・ガイ氏は述べた。 「これらの賞により、研究者は人間の脳にある200億を超えるニューロンと非ニューロン細胞の多面的特徴を前例のない詳細さと規模で調査することが可能になります。これは先進技術とチーム間の研究協力による偉業であり、研究の新たなパラダイムを明らかにすることになります。」脳細胞の特定のグループにおける病理学的変化がどのようにして神経障害および神経精神障害を引き起こす可能性があるかを理解する。

NIH BRAIN イニシアチブについて:

NIH 革新的なニューロテクノロジーの進歩による脳研究 (BRAIN) イニシアチブは、人間の心の内部の働きについて理解を深め、脳疾患の治療、予防、治癒方法の改善を目指す大規模な取り組みです。 2014 年の最初の資金提供以来、BRAIN Initiative は 2.4 億ドルを超える研究賞を授与してきました。 BRAIN Cell Census Network (マウスの脳マップ) と BRAIN Cell Atlas Network (ヒトの脳マップ) は、BRAIN Initiative のサブセットです。

ソーク生物学研究所について：

すべての治療法には出発点があります。 ソークインスティテュートは、夢を実現するために敢えてジョナスソークの使命を体現しています。 その国際的に有名で受賞歴のある科学者は、生命の根本を探求し、神経科学、遺伝学、免疫学、植物生物学などの新たな理解を求めています。 インスティテュートは独立した非営利団体であり、建築のランドマークです。 それが癌であろうとアルツハイマー病であろうと、老化であろうと糖尿病であろうと、ソークは治療法が始まる場所です。 詳しくはsalk.eduをご覧ください。