- Dans une étude collaborative menée par l’Université de Californie à San Diego, des scientifiques ont examiné plus d’un million de cellules cérébrales humaines pour créer des cartes complexes de régulateurs génétiques spécifiques à différents types de cellules cérébrales.
- Cette recherche démontre non seulement les liens complexes entre des catégories de cellules distinctes et les troubles neuropsychiatriques prévalents, mais ouvre également la voie à l’utilisation de l’intelligence artificielle pour prédire l’impact des variations génétiques à haut risque au sein de ces cellules, ouvrant potentiellement la voie à des informations sur le développement de la maladie.
- Cette étude constitue un élément essentiel de l’initiative transformatrice BRAIN du National Institute of Health, lancée en 2014, qui vise à révolutionner notre compréhension du cerveau des mammifères en faisant progresser les neurotechnologies innovantes pour classer divers types de cellules neurales.
Une nouvelle étude, publiée dans une édition spéciale de Sciencemet en évidence les liens entre des types de cellules particuliers et diverses conditions neuropsychiatriques répandues.
Dans le cerveau humain, chaque cellule possède une séquence d’ADN identique, mais différents types de cellules utilisent des gènes distincts en quantités variables.
Cette diversité entraîne la création de nombreux types de cellules cérébrales et ajoute à la complexité des réseaux neuronaux.
Il est essentiel de mieux comprendre les distinctions moléculaires entre ces types de cellules pour comprendre la fonctionnalité cérébrale et concevoir des approches innovantes pour traiter les troubles neuropsychiatriques, tels que la schizophrénie, le trouble bipolaire, la maladie d’Alzheimer et la dépression majeure.
Sommaire
Le cerveau humain n’est pas uniforme, un système complexe
Le cerveau humain n’est pas de nature uniforme. Il comprend un système incroyablement complexe de neurones et de cellules non neuronales, chacun ayant des rôles distincts.
La création d’une carte complète de ces divers types de cellules cérébrales et le déchiffrement de leurs fonctions collaboratives mèneront à terme à l’identification de nouveaux traitements pouvant cibler spécifiquement les types de cellules pertinents associés à des maladies particulières.
Quatre experts, non impliqués dans cette recherche, se sont entretenus avec Actualités médicales aujourd’hui sur ses conclusions.
Le Dr Ryan S. Sultan est professeur adjoint de psychiatrie clinique au département de psychiatrie du centre médical Irving de l’université de Columbia et de l’institut psychiatrique de l’État de New York. Il a noté que la recherche actuelle « explore un sujet important en neurosciences et en génétique ».
Le Dr Sultan a expliqué que « l’étude est approfondie et comprend une analyse de l’accessibilité de la chromatine dans 1,1 million de cellules provenant de diverses régions du cerveau ».
Les chercheurs ont identifié 107 sous-catégories uniques de cellules cérébrales et établi des liens entre certains aspects de leurs caractéristiques moléculaires et divers troubles neuropsychiatriques, tels que la schizophrénie, le trouble bipolaire, la maladie d’Alzheimer et la dépression majeure.
Les modèles d’apprentissage automatique prévoient les variations des séquences d’ADN
Par la suite, les chercheurs ont construit des modèles d’apprentissage automatique visant à prévoir comment des variations spécifiques de séquences d’ADN peuvent avoir un impact sur la régulation des gènes et contribuer au développement de maladies.
Bien que ces découvertes récentes fournissent des informations significatives sur le cerveau humain et ses troubles, les scientifiques sont encore en train de cartographier de manière exhaustive le cerveau.
Le Dr James Giordano, professeur de neurologie et de biochimie au Centre Pellegrino du Centre médical de l’Université de Georgetown, a commenté le Science numéro spécial, publié le 13 octobre 2023, qui couvre les recherches basées sur The BRAIN Initiative.
Il a déclaré que « ces études, publiées dans une série d’articles dans des revues médicales réputées, présentent la première carte complète des mécanismes moléculaires inhérents à des types de cellules spécifiques dans des zones distinctes du cerveau humain ».
« Prises ensemble, ces études constituent un « atlas moléculaire » de nœuds de cellules génotypiquement corrélés à l’expression de certains phénotypes structurels et fonctionnels qui peuvent être impliqués dans un certain nombre de conditions neuropsychiatriques.
– Dr James Giordano
Le Dr Consuelo Walss-Bass, professeur de psychiatrie et de sciences du comportement et directrice du programme de génétique psychiatrique à l’UTHealth Houston, a noté que « la recherche sur [the] Le cerveau humain a été historiquement difficile en raison de la capacité limitée à obtenir des échantillons de cerveau humain.
« Cependant, récemment, les progrès des technologies génomiques, associés à la disponibilité accrue de tissus cérébraux post-mortem, ont facilité la génération de données omiques à plusieurs niveaux, notamment l’épigénomique, la transcriptomique, la protéomique, [the] cerveau humain », a-t-elle ajouté.
« Il s’agit d’un exemple marquant des progrès technologiques, décrivant comment il est désormais possible d’identifier, au niveau d’une seule cellule, les régions d’ADN impliquées dans la régulation de la manière dont les gènes sont exprimés (les gènes étant « activés ou désactivés »). Jusqu’à présent, il y avait un manque de technologie permettant de résoudre ce niveau de connaissances au niveau de chaque cellule.
– Dr Consuelo Walss-Bass
L’avenir est prometteur, mais des recherches supplémentaires sont nécessaires
Cependant, le Dr Stefan Ivantu, psychiatre consultant chez ADHD Specialist, a déclaré qu’il estimait que les chercheurs avaient encore un long chemin à parcourir avant de compiler un véritable « Atlas des cellules cérébrales ».
« [I]À mon avis, nous a-t-il dit, analyser 1 million de cellules est considéré comme un petit échantillon étant donné la complexité du cerveau humain. Très peu [people] Nous savons que le cerveau humain compte en moyenne 86 milliards de cellules qui interagissent constamment les unes avec les autres.
« Ce qui rend les choses encore plus difficiles, ce sont les interactions entre les cellules, qui sont beaucoup plus complexes », a-t-il ajouté. « Cependant, avec un outil d’imagerie et d’IA plus puissant, nous pourrons peut-être comprendre les modèles liés à des conditions spécifiques. »
Selon le Dr Ivantu, «[a] Un domaine plus prometteur est l’informatique quantique, qui, liée aux récents progrès de l’IA, pourrait être plus efficace pour comprendre le cerveau humain.
Il a néanmoins souligné que «[i]Il est extrêmement encourageant de constater que les chercheurs utilisent davantage la technologie pour les prochaines étapes de la compréhension du cerveau humain, et je pense que c’est la bonne approche.
Le Dr Walss-Bass a souligné que les chercheurs « ont identifié des zones du génome dans des cellules cérébrales individuelles qui déterminent si un gène sera exprimé, c’est-à-dire transformé en ARN puis en protéine, pour remplir des fonctions spécifiques ».
« À partir de là, les auteurs ont pu corréler les gènes précédemment associés à la schizophrénie et à d’autres troubles psychiatriques avec des zones de l’ADN où l’expression de ces gènes est régulée », a-t-elle expliqué.
« Comprendre comment l’expression des gènes est régulée dans des types de cellules spécifiques du cerveau constitue une avancée significative qui contribuera à faire la lumière sur les mécanismes neurobiologiques des troubles psychiatriques et pourrait conduire au développement de nouvelles thérapies pour traiter ces troubles. »
– Dr Consuelo Walss-Bass
Des implications importantes pour les futurs patients
Le Dr Sultan a expliqué que cette « recherche a des implications importantes pour les patients et le public ».
«Cela fait progresser notre compréhension des fondements génétiques des troubles neuropsychiatriques, ouvrant potentiellement la voie à des traitements plus ciblés et à une médecine de précision en neuropsychiatrie», a expliqué le Dr Sultan.
Le Dr Ivantu a souligné qu’« à court terme, les implications pour les patients et le public seront limitées. Il faut des années avant qu’un test franchisse la phase de recherche et rassemble les preuves nécessaires à sa mise en œuvre dans la pratique clinique.
« Cependant », a-t-il noté, « à long terme, nous pourrons peut-être comprendre l’origine de certains troubles neuropsychiatriques et peut-être au-delà ! »
« Si la technologie devient efficace, elle jouera non seulement un rôle dans le traitement de ces maladies, mais aussi dans une prévention encore plus intéressante. Enfin, le plus important est de donner l’exemple avec cette étude et d’encourager la communauté des chercheurs à utiliser l’IA et la technologie dans leurs projets », a expliqué le Dr Ivantu.
Le Dr Ivantu a accepté, concluant que « l’avenir semble prometteur ».
