Publicerad: 2015-02-20 08:10 | Uppdaterad: 2015-02-24 16:57

Ny kartläggning av hjärnan avslöjar okända celltyper

Forskare vid Karolinska Institutet har med hjälp av så kallad enkelcellsanalys gjort en detaljerad karta av celltyperna i hjärnbarken och vilka gener som är aktiva i de olika cellerna. Studien publiceras i tidskriften Science och det är första gången som analysmetoden används i stor skala i så komplex vävnad. Forskarna undersökte drygt tretusen celler – en i taget – och kunde bland annat identifiera ett antal tidigare helt okända celltyper.

– Om man liknar hjärnan vid en fruktsallad, kan man säga att tidigare metoder är som att köra frukten i en mixer och sedan se vilken färg saften får om man tar fruktsallad från olika delar av hjärnan. Men under senare år har vi utvecklat mycket känsligare analysmetoder, där man kan se vilka gener som är aktiva i enskilda celler. Det kan liknas vid att ta bitarna ur fruktsalladen, undersöka dem en och en och sedan sortera i olika högar för att se hur många olika typer av frukt som finns, vad de består av och hur de förhåller sig till varandra, säger Sten Linnarsson, forskningsledare vid institutionen för medicinsk biokemi och biofysik, Karolinska Institutet.

Kunskapen om att alla levande organismer är uppbyggda av celler har snart 200 år på nacken. Sedan upptäckten gjordes av en grupp tyska forskare i mitten av 1800-talet har man också lärt sig att skillnaden mellan kroppens vävnader beror på att cellerna är olika, vilket i sin tur hör ihop med att olika gener i DNA är aktiva i olika typer av celler. Men fortfarande vet forskarna inte så mycket om hur detta går till i detalj. Särskilt när det gäller hjärnan, kroppens mest komplexa organ, finns det fortfarande många obesvarade frågor.

Celler från hjärnbarken

I den nu aktuella studien i Science har forskarna alltså med hjälp av storskalig enkelcellsanalys försökt besvara några av dessa frågor. De har undersökt drygt tretusen celler från hjärnbarken hos möss, en i taget och i detalj. Genom att jämföra vilka av cellens tjugotusen gener som är aktiva i varje enskild cell kunde de sortera cellerna i virtuella högar. Det blev totalt 47 olika typer av celler, varav de flesta var olika typer av specialiserade nervceller, men även kärlceller och så kallade gliaceller som tar hand om avfallsprodukter, skyddar mot infektion, och ger nervcellerna näring.

Med hjälp av denna detaljerade hjärnkarta kunde forskarna bland annat identifiera helt nya celltyper, exempelvis en tidigare okänd nervcell i hjärnbarkens ytligaste lager och sex olika typer av så kallade oligodendrocyter, vilket är celler som skapar en elektrisk isolering – myelin – runt nervcellerna. Denna nya kunskap kan bidra till fördjupad förståelse av sjukdomar som påverkar myelinet, såsom multipel skleros (MS).

– Vi kunde också bekräfta tidigare kunskap, som till exempel att hjärnbarkens pyramidalceller är funktionellt organiserade i lager. Men framförallt har vi skapat en mycket mer detaljerad bild av hjärnans celler, där varje celltyp är beskriven i detalj och vi kan se exakt vilka gener som är aktiva. Det här ger forskningen nya verktyg att nu studera dessa celltyper i sjukdomsmodeller, och kommer att bidra till ökad förståelse för hur hjärnans olika celler reagerar vid sjukdom och skada, säger Jens Hjerling-Leffler, som lett studien tillsammans med Sten Linnarsson.

Cirka 20 mikrometer i diameter

Totalt räknar man med att det finns 100 miljoner celler i en mushjärna och 65 miljarder i en mänsklig hjärna. Nervceller är cirka 20 mikrometer i diameter, medan gliaceller är något mindre, runt 10 mikrometer. En mikrometer är en tusendels millimeter.

Studien har genomförts av Sten Linnarssons och Jens Hjerling-Lefflers båda forskargrupper vid institutionen för medicinsk biokemi och biofysik, i synnerhet av Amit Zeisel och Ana Muñoz Manchado. Även forskare från institutionen för onkologi-patologi vid Karolinska Institutet respektive Uppsala universitet har deltagit i arbetet. Studien har finansierats med anslag från bland annat ERC, Vetenskapsrådet, Cancerfonden, EU:s sjunde ramprogram, Svenska Läkaresällskapet, Hjärnfonden, KI:s strategiska program för neurovetenskap, Human Frontier Science Program, Åke Wibergs Stiftelse samt Clas Groschinskys Minnesfond.

Publikation

Cell types in the mouse cortex and hippocampus revealed by single-cell RNA-seq
Amit Zeisel, Ana B. Muñoz Manchado, Simone Codeluppi, Peter Lönnerberg, Gioele La Manno, Anna Juréus, Sueli Marques, Hermany Munguba, Liqun He, Christer Betsholtz, Charlotte Rolny, Gonçalo Castelo-Branco, Jens Hjerling-Leffler, and Sten Linnarsson
Science online 19 February 2015, DOI: 10.1126/science.aaa1934