Öppen databas ökar förståelsen av den mänskliga hjärnan
Ett internationellt forskarlag lett av forskare vid Karolinska Institutet presenterar i tidskriften Science en omfattande kartläggning av alla proteiner som uttrycks i hjärnan. Resultaten samlas i en öppen databas som möjliggör för forskare att fördjupa sin förståelse för neurobiologi och utveckla ny, mer effektiv diagnostik och behandling av psykiatriska och neurologiska sjukdomar.
Hjärnan är det mest komplexa organet i vår kropp både i struktur och funktion. Den nya hjärnatlasen är baserad på analyser av närmare 1 900 prover som täcker 27 hjärnregioner och kombinerar data från den mänskliga hjärnan med motsvarande information om hjärnan hos gris och mus. Det är den senaste databasen som släpps inom programmet Human Protein Atlas (HPA), baserat vid forskningscentret Science for Life Laboratory (SciLifeLab) som drivs av KTH, Karolinska Institutet, Stockholms universitet och Uppsala universitet. Projektet är ett samarbete med BGI-forskningscentret i Shenzhen och Qingdao i Kina och Aarhus universitet i Danmark.
– Som förväntat finns många likheter mellan de däggdjur vi har analyserat, men den nya kartläggningen avslöjar också intressanta skillnader mellan hjärnan hos människa, gris och mus, säger Mathias Uhlén, professor vid institutionen för proteinvetenskap på KTH, gästprofessor vid institutionen för neurovetenskap på Karolinska Institutet och ledare för HPA-projektet.
Koppling till psykiatriska störningar
Lillhjärnan framträdde i studien som den mest distinkta regionen i hjärnan. Forskarna fann många proteiner med förhöjda nivåer i detta område, varav ett flertal är associerade med psykiatriska störningar vilket stödjer hypotesen att lillhjärnan har en funktion i bearbetningen av känslor.
– En annan intressant upptäckt är att de olika celltyperna i hjärnan delar vissa specialiserade proteiner med andra organ i kroppen. Till exempel finns samma transportörer och metaboliska enzymer hos astrocyterna, celler som 'filtrerar' miljön runt nervcellerna i hjärnan, som hos cellerna i levern som filtrerar blod, säger Evelina Sjöstedt, forskare vid institutionen för neurovetenskap vid Karolinska Institutet och studiens försteförfattare.
Viktiga skillnader mellan arterna
Forskarna fann vissa tydliga skillnader mellan arterna när de jämförelse de system som ansvarar för kommunikationen mellan nervceller, så kallade neurotransmittorer.
– Flera molekylära komponenter i dessa system, särskilt receptorer som reagerar på frisatta neurotransmittorer och neuropeptider, visar olika mönster hos människor och möss. Det innebär att man bör vara försiktig när man väljer djur som modeller för mänskliga mentala och neurologiska störningar, säger Jan Mulder, gruppledare för HPA-projektets hjärnprofileringsgrupp och forskare vid institutionen för neurovetenskap på Karolinska Institutet.
Projektet startade 2003
För vissa utvalda gener/proteiner innehåller hjärnatlasen även mikroskopiska bilder som visar proteinets position i mänskliga hjärnprover och detaljerade, zoombara kartor över proteinernas position i mushjärnan.
Human Protein Atlas startade 2003 med målet att kartlägga alla mänskliga proteiner i celler, vävnader och organ, det så kallade proteomet. All data som genereras samlas i en öppen databas för att ge forskare inom akademin och industrin tillgång till informationen för att kunna utforska det mänskliga proteomet.
Forskningen finansierades huvudsakligen av Knut och Alice Wallenbergs Stiftelse.
Se en kort video publicerad i HPA:s youtubekanal där Jan Mulder ger exempel på hur proteinatlasen kan användas.
Publikation
“An atlas of the protein-coding genes in the human, pig and mouse brain”. Evelina Sjöstedt, Wen Zhong, Linn Fagerberg, Max Karlsson, Nicholas Mitsios, Csaba Adori, Per Oksvold, Fredrik Edfors, Agnieszka Limiszewska, Feria Hikmet, Jinrong Huang, Yutao Du, Lin Lin, Zhanying Dong, Ling Yang, Xin Liu, Hui Jiang, Xun Xu, Jian Wang, Huanming Yang, Lars Bolund, Adil Mardinoglu, Cheng Zhang, Kalle von Feilitzen, Cecilia Lindskog, Fredrik Pontén, Yonglun Luo, Tomas Hökfelt, Mathias Uhlén, Jan Mulder. Science, online 5 mars 2020, doi: 10.1126/science.aay5947.