Detaljerad kartläggning av nervsystemets celler

Forskare vid Karolinska Institutet har gjort en systematisk och detaljerad kartläggning av de olika celltyperna i musens nervsystem. Kartan, som kan ge nya ledtrådar till hur neurologiska sjukdomar uppstår, presenteras i tidskriften Cell. Forskarna ska nu använda samma metoder för att kartlägga den mänskliga hjärnan på detaljnivå.

Nervsystemet består av hundratals, kanske tusentals, olika typer av nervceller men även immunceller, stödjeceller och celler som bygger upp exempelvis kärl och membran. Vår kunskap om dessa celltyper kommer främst från mikroskopi, som ger information om cellers form och vissa proteiner, och från elektrofysiologi, där celler särskiljs baserat på deras elektriska egenskaper. Denna kunskap är dock begränsad och det finns idag ingen systematisk karta över nervsystemets celltyper.

På senare år har bland annat Sten Linnarssons forskargrupp vid Karolinska Institutet utvecklat metoder för att kartlägga hjärnans celltyper mer systematiskt och med mycket större detaljrikedom, genom att mäta genaktivitet i enskilda celler.

– Man kan likna det vid skillnaden mellan en medeltida karta och en satellitbild: tusentals detaljer som tidigare var osynliga blir synliga med dessa nya tekniker, och hela kartan blir mer tillförlitlig, säger Sten Linnarsson, professor vid institutionen för medicinsk biokemi och biofysik på Karolinska Institutet.

Största studien av nervsystemets arkitektur

Nu publicerar hans forskargrupp den hittills största studien av nervsystemets arkitektur och sammansättning, med musen som modellsystem. Forskarna hittade 265 olika typer av celler i musens nervsystem. Den största mångfalden stod nervcellerna för, med över 200 typer.

– Mest överraskande var att vi hittade flera olika typer av astrocyter som var specialiserade i olika delar av hjärnan. Detta antyder att astrocyter har specifika funktioner i olika delar av hjärnan, och att de är mer centrala för hjärnans funktion än man hittills trott, säger Sten Linnarsson.

Atlas över nervsystemet ger ledtrådar till sjukdomsuppkomst

Kunskapen om hjärnans celltyper kan användas för att förstå sjukdomars uppkomst. Ungefär en tredjedel av alla neurologiska sjukdomar uppstår under embryonalutvecklingen. De senaste femton åren har ett stort antal genetiska studier visat vilka gener som bidrar till uppkomsten av sjukdomar som schizofreni, multipel skleros, autism, Alzheimers och Parkinsons sjukdom. Men sjukdomar uppstår i en specifik typ av celler, på en specifik plats och vid en specifik tidpunkt beroende på var och när de relevanta generna är aktiva.

– Med hjälp av vår nya atlas över nervsystemet kan forskare nu placera sjukdomsgener i specifika celltyper, vilket ger ledtrådar till hur sjukdomen uppkommer. I förlängningen kan det bidra till utvecklingen av nya läkemedel, säger Sten Linnarsson.

Kartläggningen av musens nervsystem är ett viktigt första steg i ett större projekt, där forskarna nu kartlägger människohjärnan med samma metoder.

Den aktuella studien finansierades av Knut och Alice Wallenbergs Stiftelse, Stiftelsen för Strategisk Forskning och Wellcome Trust.

Publikation

”Molecular Architecture of the Mouse Nervous System”
Amit Zeisel, Hannah Hochgerner, Peter Lönnerberg, Anna Johnsson, Fatima Memic, Job van der Zwan, Martin Häring, Emelie Braun, Lars Borm, Gioele La Manno, Simone Codeluppi, Alessandro Furlan, Nathan Skene, Kenneth D. Harris, Jens Hjerling Leffler, Ernest Arenas, Patrik Ernfors, Ulrika Marklund, Sten Linnarsson
Cell, online 9 augusti 2018, doi: 10.1016/j.cell.2018.06.021