211service.com
DNA-sequencing kan de bedrading van de hersenen in kaart brengen
Neurowetenschappers zijn van plan een virus te gebruiken dat DNA van neuron naar neuron vervoert, gecombineerd met DNA-sequencingtechnologie, om te begrijpen hoe de hersenen van de muis cel voor cel in elkaar zitten.
Het project voorgesteld door Anthony Zador en anderen bij Cold Spring Harbor-laboratorium in New York biedt echter een goedkopere en snellere manier om neuron-naar-neuron-gesprekken in de hersenen in kaart te brengen en zou licht kunnen werpen op aandoeningen zoals autisme of schizofrenie.
De inspanning zou een opwindende aanvulling zijn op het snelgroeiende veld van connectome-projecten - onderzoeksinspanningen om de neurale verbindingen in de hersenen in kaart te brengen - zegt Amy Bernard, directeur van Structured Science bij de Allen Instituut voor Hersenwetenschap in Seattle. Fundamenteel voor het begrijpen van elke basis van ziekte of functie is eerst het begrijpen van je onderdelenlijst: wat alle cellen zijn en hoe ze in elkaar passen, zegt Bernard.
De symptomen van veel hersenaandoeningen en ziekten, vooral slecht begrepen aandoeningen zoals autisme of schizofrenie, kunnen het gevolg zijn van abnormale verbindingen in de hersenen. Er wordt grotendeels gedacht dat deze ziekten het bedradingsschema van de hersenen kunnen beïnvloeden. Als we de normale versie begrijpen, kunnen we begrijpen wanneer deze niet correct is aangesloten en wat er mis kan zijn, zegt Bernard.
De meeste connectome-projecten zijn gebaseerd op visuele inspectie van de structuur van de hersenen met behulp van neuron-tracerende kleurstoffen en microscopen. Deze methoden laten wetenschappers zien hoe belangrijke neuronale wegen het ene deel van de hersenen met het andere verbinden, maar ze laten geen close-up toe van de synapsen (de kruising van twee neuronen waar informatie wordt uitgewisseld). Intensievere microscopiemethoden maken zeer nauwkeurige weergaven van synapsen mogelijk, maar het proces is tijdrovend en duur. Gezien de geschatte miljarden synapsen in de hersenen van muizen, zou een snellere methode met hoge doorvoer ons begrip van hoe neuronen in de hersenen van zoogdieren met elkaar praten, kunnen versnellen.
In PLOS Biologie deze week, het team beschrijft een methode waarbij kleine stukjes DNA als onderdeel van een virus van het ene neuron naar het andere worden doorgegeven. Elk neuron is gelabeld met een unieke DNA-barcode - een handvol DNA-letters of -basen in een specifieke volgorde die uniek is voor elk neuron. Met slechts 20 letters kan het team een biljoen neuronen op unieke wijze labelen - veel meer dan er in de hersenen van een muis voorkomen.
We ontwikkelen het virus om de streepjescodes over synapsen te verplaatsen, dus nu wordt elk neuron een zak met streepjescodes, met daarin kopieën van zijn eigen streepjescode en kopieën van alle neuronen die ermee praten, zegt Zador.
Zodra het virus de streepjescodes van het ene neuron naar het andere heeft vervoerd, zal een andere moderne biologietruc worden gebruikt om de verbindingen in kaart te brengen. Het team zal DNA uit de hersenen oogsten en de gecombineerde streepjescodes rangschikken. Computers gaan dan uitzoeken welke neuronen barcodes met elkaar hebben uitgewisseld.
Deze strategie is erg leuk, vooral omdat de kosten van sequencing naar beneden gaan, zegt Bernard. Het geeft je niet de informatie over het hele brein, de hele structuur waar sommige van de andere connectome-projecten zich op richten, maar in plaats daarvan biedt het een beter zicht op de verbindingen van de hersenen.
Zador hoopt dat de gegevens van het connectoom van zijn team wetenschappers zullen helpen hun hypothese over hoe het brein werkt af te stemmen door hen te voorzien van gegevens over hoe het is bedraad.
Op dit moment is onze kennis van circuits zo rudimentair dat [hypothesen] grotendeels onbeperkt zijn, zegt Zador. Wanneer onderzoekers een idee hebben over hoe de hersenen werken, kunnen ze niet gemakkelijk controleren of de bedrading van de hersenen compatibel is met hun hypothese. Een van mijn grootste hoop was dat we ons begrip van het circuit kunnen [verbeteren] tot een punt waarop we dan veel sneller vooruitgang zouden kunnen boeken in het begrijpen van hoe hersenen berekenen.