Hjärnans fosterutveckling kartlagd in i minsta detalj
Forskare vid Karolinska Institutet har tagit fram en detaljerad molekylär atlas över hjärnans fosterutveckling. Studien som publiceras i topptidskriften Nature bygger på så kallad enkelcellsteknik och är gjord på möss. På detta sätt har forskarna identifierat nästan 800 olika celler som är aktiva under fosterutvecklingen – mångdubbelt fler än vad som tidigare varit känt.
– Hjärnans utveckling är väl beskriven sedan tidigare och de huvudsakliga celltyperna är kända. Det nya med vår atlas är den höga upplösningen och detaljrikedomen, säger Sten Linnarsson, forskningsledare och professor vid institutionen för medicinsk biokemi och biofysik, Karolinska Institutet.
I sitt arbete följde forskarna hjärnans utveckling hos mössen från dag sju, då anlaget till hjärnan just bildats, till graviditetens slut dag 18.
Med hjälp av enkelcellsteknik – single-cellteknik – kunde de kartlägga hjärnans sammansättning i detalj under fosterutvecklingen: vilka celltyper som finns, hur många celler av varje typ och hur detta förändras i de olika utvecklingsstadierna.
Forskarna studerade även geners aktivitet i varje enskild cell och klassificerade celler baserat på dessa aktivitetsmönster.
Molekylär atlas
Resultatet är en molekylär atlas som exakt visar hur alla celler i hjärnan utvecklas ur det tidiga embryot. Exempelvis kan man se hur tidiga nervstamceller först ökar och sedan minskar i antal, för att ersättas av övergångsformer i flera vågor som till sist mognar till färdiga nervceller.
Forskarna visar även hur tidiga stamcellslinjer förgrenar sig och ger upphov till flera olika typer av mogna celler, ungefär som ett släktträd.
Den aktuella studien leddes av doktoranden Gioele La Manno - numera forskare i Lausanne, Schweiz - och Kimberly Siletti, postdoktor i Linnarssons grupp. Studien ingår det internationella initiativet Human Cell Atlas (humancellatlas.org), som syftar till att kartlägga alla celler i människokroppen.
Viktiga celler i hjärnan
Nästa steg i forskarnas arbete är därför att skapa atlaser över människohjärnan, både hos vuxna och under fosterutvecklingen.
– Atlaser som denna är av stor vikt för forskningen om hjärnan, både för att förstå hjärnans funktion och dess sjukdomar. Cellerna är kroppens grundläggande byggstenar och kroppens sjukdomar kommer alltid till uttryck i specifika celler. Gener som orsakar svåra sjukdomar finns i alla kroppens celler, men de orsakar sjukdom bara i specifika celler i hjärnan, säger Sten Linnarsson.
Studien har finansierats med anslag från bland annat Knut och Alice Wallenbergs Stiftelse, Familjen Erling-Perssons Stiftelse, Torsten Söderbergs Stiftelse, Hjärnfonden och Stiftelsen för Strategisk Forskning. Även forskare vid SciLifeLab, Stockholms universitet och forskningsinstitut i Schweiz och USA har ingått i studieteamet.
Publikation
”Molecular Architecture of the Developing Mouse Brain”, Gioele La Manno, Kimberly Siletti, Alessandro Furlan, Daniel Gyllborg, Elin Vinsland, Alejandro Mossi Albiach, Christoffer Mattsson Langseth, Irina Khven, Alex R. Lederer, Lisa M. Dratva, Anna Johnsson, Mats Nilsson, Peter Lönnerberg, Sten Linnarsson. Nature, online 28 juli 2021, doi:10.1038/s41586-021-03775-x.