SCTD, 02/01/2024
Por Jake Siegel
Seis anos e 32 milhões de células depois, os cientistas criaram o primeiro mapa celular completo do cérebro de um mamífero. Num conjunto de 10 artigos publicados hoje na Nature, uma rede de investigadores revelou um atlas que cataloga a localização e o tipo de cada célula do cérebro de um rato adulto. Usando tecnologias avançadas que traçam o perfil de células individuais, as equipes identificaram mais de 5.300 tipos de células – muito mais do que se sabia antes – e identificaram suas localizações na intrincada geografia do cérebro.
Revelando a arquitetura complexa do cérebro
Ter uma “lista de peças” completa do cérebro ajudará a acelerar os esforços para desvendar como ele funciona, disse Hongkui Zeng, Ph.D., vice-presidente executiva e diretora do Allen Institute for Brain Science.
“Esta é uma conquista histórica que realmente abre as portas para o próximo estágio de investigações da função, desenvolvimento e evolução do cérebro, semelhante aos genomas de referência para estudar a função genética e a evolução genômica”, disse Zeng, que liderou um dos estudos. “Meus colegas disseram que os 5.000 tipos de células que identificamos manterão os neurocientistas ocupados durante os próximos 20 anos, tentando descobrir o que esses tipos de células fazem, e como eles mudam nas doenças”.
O trabalho coletivo é a pedra angular da Rede de Censo Celular da Iniciativa BRAIN dos Institutos Nacionais de Saúde, ou BICCN. Centenas de pesquisadores contribuíram para o projeto, que foi financiado pela Brain Research Through Advancing Innovative Neurotechnologies® (BRAIN) Initiative do NIH, ou The BRAIN Initiative®.
“Onde estávamos anteriormente na escuridão, esta conquista marcante ilumina uma luz brilhante, dando aos investigadores acesso à localização, função e caminhos entre tipos de células e grupos de células de uma forma que não poderíamos imaginar anteriormente”, disse John Ngai, Ph.D, Diretor da Iniciativa NIH BRAIN. “Este produto é uma prova do poder desta colaboração transversal e sem precedentes e abre o nosso caminho para tratamentos cerebrais mais precisos.”
Vinculando a genética à geografia do cérebro
Ao combinar o sequenciamento de RNA unicelular com a transcriptômica espacial – métodos para determinar quais genes são expressos em células individuais e onde essas células estão localizadas – Zeng e seus colaboradores revelaram a surpreendente complexidade e diversidade do cérebro.
Uma das principais revelações do atlas é a profunda ligação entre a identidade genética de uma célula e a sua posição espacial, disse Zeng. Esta relação sublinha como funcionam as formas de localização, oferecendo pistas sobre a história evolutiva e as intrincadas interações de diferentes regiões do cérebro.
“Estamos vendo os blocos de construção dos circuitos cerebrais”, disse ela. “A organização do cérebro provavelmente reflete a sua história evolutiva.”
Uma descoberta intrigante é a organização celular distinta entre as partes inferior (“ventral”) e superior (“dorsal”) do cérebro. Enquanto a parte ventral antiga apresenta um mosaico de células inter-relacionadas, a parte dorsal mais recente contém menos tipos de células, mas altamente divergentes. Esta distinção pode ser a chave para decifrar como diferentes regiões do cérebro desenvolveram papéis únicos, por exemplo, a parte ventral para a sobrevivência básica e a parte dorsal para a adaptação, disse Zeng.
Desvendando os segredos da comunicação celular
Os investigadores também descobriram que os fatores de transcrição – proteínas que regulam a atividade genética – compreendem um “código” que especifica a identidade de uma célula.
O atlas também descobriu como as células cerebrais conversam entre si através de um conjunto diversificado de moléculas sinalizadoras, que transportam mensagens de célula para célula. Essa diversidade permite interações complexas entre diferentes tipos de células.
O forte alinhamento entre conjuntos de dados genômicos, epigenômicos e espaciais coletados de forma independente fornece alta confiança de que este atlas mapeia mais do que apenas identidades celulares – ele captura os verdadeiros modelos organizacionais subjacentes ao desenvolvimento do cérebro dos mamíferos, disse Zeng.
O caminho a seguir: aplicativos e extensões
Olhando para o futuro, o atlas pode servir de modelo para mapeamentos semelhantes nos cérebros de outras espécies — nomeadamente a nossa. Esse trabalho já está em andamento.
Ele também fornece um guia para atingir geneticamente tipos de células específicas, permitindo ferramentas para estudar funções e doenças específicas. Isso poderia abrir caminho para tratamentos de precisão, disse Zeng.
“Sabemos que muitas doenças têm origem em partes específicas do cérebro e, provavelmente, em tipos de células específicos”, disse ela. “Com este mapa em mãos, podemos obter uma visão mais precisa da disfunção da doença e então criar ferramentas genéticas ou farmacológicas para atingir esses tipos de células específicos, para alcançar maior eficácia e efeitos colaterais mínimos”.
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