Новый метод делает создание карт значительно дешевле и позволяет показать самые дальние участки мозга.
Участок мозга мыши окрашивают для идентификации отдельных нейронов и всех их связей. Подсвеченные области представляют собой отдельный штрих-код ДНК. / © Лаборатория CSHL.
Технологию разработали в лаборатории Колд-Спринг-Харбор (CSHL). В ее основе лежит секвенирование ДНК, которое позволяет получать более четкие изображения связей между различными областями мозга. Ее детальное описание опубликовано в журнале Cell.
Нейронные связи обычно изучают с помощью флуоресцентных меток, которые вводятся в область мозга. Ученые могут использовать разные цветные красители для двух-трех его частей, а затем прослеживать связи в них. Чтобы найти дополнительные соединения, они повторяют то же для других областей.
Этот метод слишком долгий и дорогой. Кроме того, делая карту, ученые сталкиваются с несколькими проблемами: набор меток, подходящих для этой работы, ограничен, а чтобы создать карту всего мозга, повторять одни и те же действия приходится сотни раз, используя новых лабораторных животных для каждого опыта.
Разработанный подход BRICseq (расшифровывается как «секвентрирование нейронных связей в мозге животного») позволяет создавать бесконечное количество меток. Ученые маркируют отдельные части мозга короткими нуклеотидными последовательностями и получают своеобразные «штрихкоды», которые позволяют отделять одну клетку от другой. Затем используют секвентрирование, чтобы проанализировать фрагменты мозговой ткани, считая каждый штрихкод сигналом клеточной связи.
«Разнообразие штрихкодов действительно велико по сравнению с количеством цветов, которые мы можем использовать в научных исследованиях. Таким образом, теперь мы действительно можем маркировать огромное количество нейронов и областей мозга у одного животного, что позволяет нам отображать проекции из нескольких областей органа», — говорит Лонгвен Хуан, один из авторов исследования.
Эффективность метода проверили на мышах. Соединение, которое помечало нейронные связи, ввели животным, сделав по 300-600 инъекций каждому. Через 44 часа мозг грызунов проанализировали, уделяя особое внимание связям между удаленными областями. Полученная карта детально отражала их и показала, как они коррелируют с активностью, генами и поведением отдельных животных. Причем ученые смогли сократить число подопытных в несколько раз — это будет полезно, когда они перейдут к опытам на приматах.
Анатомические карты нужны, чтобы понять, как информация перетекает из одной области мозга в другую и обрабатывается нервной системой и как возникают психические расстройства. Ранее создание карт было недоступно большинству исследовательских групп. Новый метод гораздо быстрее и дешевле, что позволяет отдельным лабораториям изучать, как возраст, пол, окружающая среда и генетика влияют на работу мозга, как нарушаются нейронные связи во время болезней. Авторы считают, что BRICseq можно будет легко адаптировать к другим организмам, в том числе к людям.
