Прилежащее ядро (NAc) – это область мозга, которая, как известно, играет ключевую роль в регулировании разнообразного поведения, связанного с вознаграждением, включая аппетитные и отталкивающие реакции, кормление, социальные взаимодействия и некоторые типы обучения. Исследования как на людях, так и на животных также связали дисфункцию NAc с несколькими психоневрологическими расстройствами, такими как депрессия, тревога, шизофрения и злоупотребление психоактивными веществами.
Исследователи из Бостонской детской больницы и Гарвардского университета недавно провели исследование, направленное на лучшее понимание молекулярных и клеточных основ NAc. В их статье, опубликованной в журнале Nature Neuroscience, описана одна из наиболее полных молекулярных и клеточных таксономий NAc в мозге мыши, созданная на сегодняшний день.
"В соответствии со своим функциональным разнообразием NAc устанавливает сложные связи с различными верхними и нижними областями мозга," Ренчао Чен, один из исследователей, проводивших исследование, сказал Medical Xpress. "Однако клеточная основа, лежащая в основе анатомического и функционального разнообразия NAc, в значительной степени неизвестна."
Наиболее известная нейробиологическая модель NAc широко классифицирует нейроны со средними шипами (MSN), наиболее распространенный тип нейронов, обнаруживаемых в этой области мозга, на две отдельные популяции. Это популяции нейронов, экспрессирующие дофаминовый рецептор D1 и экспрессирующие дофаминовый рецептор D2, также обозначаемые как D1 MSN и D2 MSN, соответственно.
"Хотя эта традиционная модель обеспечивает основу для понимания клеточной и схемотехнической организации NAc, она мало учитывает гетерогенность внутри NAc, и остается неясным, лежат ли различные подтипы нейронов в основе анатомического и функционального разнообразия NAc," Чен объяснил. "Чтобы ответить на этот вопрос, мы стремились создать молекулярно-определенную и пространственно разрешенную клеточную таксономию NAc, поскольку она может служить основой для интеграции ее структурного и функционального разнообразия."
Чтобы построить свою всеобъемлющую молекулярную и клеточную таксономию NAc, Чен и его коллеги использовали два дополнительных метода, часто используемых нейробиологами: секвенирование одноклеточной РНК (scRNA-seq) и мультиплексная надежная флуоресцентная гибридизация in situ (MERFISH). ScRNA-seq – это геномный подход, который позволяет исследователям исследовать транскрипционные (i.е., экспрессия генов) профили отдельных клеток. MERFISH, с другой стороны, представляет собой метод визуализации, который также можно использовать для изучения профилей экспрессии генов отдельных клеток в биологических образцах.
Используя scRNA-seq, исследователи смогли измерить экспрессию тысяч генов в каждой из клеток ткани NAc, которую они извлекли из мозга мыши. Впоследствии они разделили эти клетки на разные группы или типы клеток на основе профилей экспрессии их генов, чтобы создать молекулярную таксономию NAc мыши.
"Для дальнейшего определения пространственного распределения этих молекулярно определенных типов клеток в головном мозге мы использовали MERFISH для одновременной маркировки и подсчета сотен различных видов мРНК с разрешением одной молекулы в срезах ткани, что позволило нам количественно оценить экспрессию панели из 253 клеток. гены (выбранные на основе scRNA-seq) в серии тонких срезов NAc," Чен объяснил. "Основываясь на паттерне экспрессии этих генов, мы можем определить идентичность каждой клетки и их расположение в NAc."
Объединив данные, собранные с использованием методов scRNA-seq и MERFISH, Чен и его коллеги в конечном итоге смогли построить молекулярно-определенную и пространственно разрешенную клеточную таксономию NAc мыши. Их результаты являются первыми, кто ясно показывает, что в NAc существует множество подтипов клеток MSN, каждый из которых имеет различные профили экспрессии генов и пространственные особенности.
"Мы также собрали убедительные доказательства того, что экспрессия генов и пространственные особенности различных подтипов MSN лежат в основе анатомической и функциональной сложности NAc," Чен сказал. "Наиболее важным следствием наших результатов является то, что различные особенности NAc, такие как подтипы нейронов, анатомические подобласти и функциональная сложность, коррелируют друг с другом и могут быть интегрированы в одну и ту же структуру, которая построена на молекулярно определенных подтипах нейронов."
В целом, результаты могут иметь большое значение для изучения NAc и ее нейронных основ. В частности, они подчеркивают перспективность использования молекулярных инструментов, таких как линии трансгенных мышей, для изучения клеточного и функционального разнообразия этой важной области мозга.
В будущем это недавнее исследование может проложить путь для других исследований, направленных на создание более исчерпывающей картины NAc мыши и человека. В совокупности эти работы могут помочь в разработке более эффективных стратегий лечения нервно-психических расстройств, связанных с дисфункцией NAc.
"В наших следующих исследованиях, основанных на нашей текущей молекулярной и клеточной карте NAc, мы хотели бы ответить на два вопроса," Чен добавил. "Первый: какова взаимосвязь между различными подтипами нейронов и различными функциями NAc?? Другими словами, каковы функции различных подтипов нейронов?? Второй вопрос, на который мы планируем ответить: при различных неврологических и психических расстройствах, связанных с дисфункцией NAc, таких как болезнь Хантингтона и шизофрения, затрагиваются ли разные подтипы нейронов и как?"