Comme nous grandissons, nos cellules cérébrales se développent génomes diffèrent les uns des autres, selon une nouvelle étude de la Harvard Medical School et de l'Hôpital pour enfants de Boston.

L'étude démontre, pour la première fois, que des mutations dans les cellules somatiques, qui est, toute cellule du corps à l'exception de sperme et les oeufs, sont présents en grand nombre dans le cerveau des personnes en bonne santé. Cette découverte ouvre la voie à explorer le rôle de ces mutations post-conception du développement humain et de la maladie.



Co-auteur principal, Peter Park, professeur associé de l'informatique biomédicale à HMS, dit:

"Beaucoup de gens ont demandé récemment si des mutations somatiques contribuent à un certain nombre de maladies neurodégénératives et de développement neurologique, mais ne pouvait pas répondre à la question en raison des limites de la technologie."

Les modes de décodage du développement du cerveau

L'équipe de recherche a réussi à faire des progrès sur le problème en combinant des techniques de séquençage du génome unicellulaires d'une analyse rigoureuse de données.

Déjà, les chercheurs ont découvert que des mutations somatiques semblent se produire plus souvent dans les gènes neuronale plus nécessaire. Ils ont également été en mesure de suivre les lignées cellulaires du cerveau basé sur des modèles de mutation. A déclaré le co-auteur principal de l'étude, Christopher A. Walsh, HMS Bullard professeur de pédiatrie et de neurologie et directeur de la Division de la génétique et de génomique à Boston pour les enfants:

"Ces mutations sont la mémoire durable pour une cellule, il vient et ce qu'il faisait. Ce travail est une preuve de principe que, si nous le voulions, et si nous avions des ressources illimitées, vous pourriez réellement décoder le modèle de développement complet du cerveau humain. "

Je crois que cette méthode nous dit aussi beaucoup sur le vieillissement en santé et en mauvaise santé, ainsi que ce qui fait notre cerveau différentes de celles des autres animaux. "

Prenant une Histoire

Lignée germinale, ou hérité, des mutations ont pris la plupart du blâme pour causer des maladies et des troubles du cerveau, y compris la maladie, autisme et la schizophrénie d'Alzheimer. Le rôle des mutations non héritées dans les cellules somatiques a été embué. Jusqu'à récemment, les scientifiques ne savent même pas si elles existaient dans le cerveau en quantité suffisante à la matière.

"La technologie unique cellule était essentiel de les trouver», a déclaré Walsh.

Walsh Park et équipe ont étudié un type spécial de variantes de mutation somatique appelés seul nucléotide. Chaque variante peut se produire en l'espace de quelques cellules, voire une seule, de sorte qu'il peut être difficile de détecter avec l'ensemble du support d'analyse de séquençage du génome que des centaines de milliers de cellules. Le séquençage des cellules individuelles conduit mutations rares dans la lumière.

L'inconvénient est que cela coûte tellement à séquencer le génome d'une cellule comme il le fait pour séquencer le génome d'une personne à part entière.

Les cellules souches dans le cerveau en développement génèrent neurones matures. Une nouvelle recherche suggère que déchiffrer les modes de mutation somatique dans les neurones peut révéler l'histoire de divisions cellulaires qui donnent lieu au cerveau.
Crédit: Peter Wang et Matthew Johnson

Travailler au sein de cette limite, les chercheurs ont pu séquencer 36 championnats neurones du cortex cérébraux de trois personnes décédées sans maladie du cerveau, âgés de 15, 17 et 42.

Les chercheurs ont constaté que chaque neurone contenait environ 1500 variantes d'un seul nucléotide.

Pour chaque personne, les chercheurs ont comparé les séquences génétiques de neurones les uns aux autres et aux cellules du cœur de l'individu. Cela leur a permis de commencer à comprendre que les mutations ont été partagées par les neurones et que peuvent être trouvés dans d'autres parties du corps.

Ils ont ensuite effectué des tests dans différentes parties du cerveau pour voir combien de cellules dans chaque région ont les mêmes mutations que les neurones qui avait séquencés.

Les neurones de regroupement en fonction de leurs mutations prévues des indices sur l'histoire des cellules, parce que les neurones qui ont partagé mutations venaient probablement du même ancêtre des cellules souches. Si seulement quelques cellules partagées d'une mutation, qui appartenait probablement à une lignée qui a divisé plus récemment.

«Si une mutation est apparue très tôt, serait présent à l'intérieur et à l'extérieur du cerveau. Ou si elle est née plus tard, serait dans certaines parties du cerveau et pas d'autres", a déclaré Walsh. "Nous sommes à la recherche à un niveau record du nombre de divisions cellulaires qui ont généré le cerveau."

Basé sur les modèles de mutation ainsi que l'emplacement dans le cerveau, certains neurones lignées pourraient être attribués à une journée spécifique au cours du développement embryonnaire.

Utilisez-le et Lose It

Concept de Gilad Evrony. Illustration par Erik Jacobsen de Threestory studio

De nombreux phénomènes peuvent créer des mutations somatiques. La lumière ultraviolette les amène dans les cellules de la peau. Des erreurs dans la replication d'ADN provoquent les divisant rapidement les cellules cancéreuses.

"Ce que nous avons trouvé dans le cerveau était ni de ces choses", a déclaré Walsh. "Nous avons pensé que ce serait la principale source de réplication de l'ADN de mutation défectueux et avons été surpris de constater que, à la place, est une expression de l'ADN défectueux."

L'analyse des données du parc a révélé que les gènes avec les plupart des mutations avaient tendance à être ceux qui ont été utilisés le plus dans le cerveau.

«Les gens aiment à dire à propos de votre cerveau, 'utiliser ou la perdre.» Malheureusement, nous avons trouvé il ya un certain élément de «l'utiliser et de le perdre," a déclaré Walsh. «Chaque fois que vous mettez sur un gène, il ya au moins un certain niveau de risque."

Les résultats font l'émerveillement de l'équipe si les mutations somatiques accumulent avec l'âge et peuvent contribuer à la neurodégénérescence.

Ils ont l'intention d'étudier comment, quand et pourquoi ces mutations surviennent dans le cerveau; explorer si avoir une variété de mutations est l'usage nocif ou de protection; déterminer si les taux de mutation varient de personne à personne; et l'étude d'autres types de mutations somatiques dans le cerveau et d'autres tissus.

Alors qu'il aide à trouver le rôle de mutations somatiques dans le cerveau, le parc a pris dans la foulée en sachant que nos cerveaux contiennent un grand nombre de variations génétiques.

"Je suis plein de changements, mais me promène, assez saine", a déclaré Park. «Ce juste pour montrer qu'il ya beaucoup de choses que nous ne comprenons pas."

Loué MA, MB Woodworth, S. Lee, GD Evrony, BK Mehta, A. Karger, S. Lee, TW Chittenden, AM D'Gama, X. Cai, LJ Luquette, E. Lee, PJ Park, CA Walsh.
Mutation somatique en individuel neurones humains retrace l'histoire du développement et de la transcription
Science, 2015; 350: 94