Un nou atlas lipidic 3D cartografiază chimia creierelor de șoareci
Cercetătorii au realizat un atlas detaliat al lipidelor din întregul creier al șoarecelui, evidențiind importanța acestor molecule în funcționarea creierului.
Cerebrul este adesea descris în termeni de celule și conexiuni. Totuși, o mare parte din structura sa este alcătuită din lipide, care formează membranele neuronilor, învelesc fibrele nervoase cu mielină și ajută celulele cerebrale să transmită și să primească semnale.
Deși lipidele sunt esențiale, ele au fost un punct orb în neuroștiințe. Spre deosebire de gene și proteine, care au fost cartografiate detaliat, metodele standard de imagistică întâmpină dificultăți în a distinge între moleculele de lipide.
Astfel, cercetătorii au avut doar o imagine neclară a modului în care lipidele variază de la o parte a creierului la alta. Această lacună este semnificativă, deoarece modificările lipidelor din creier sunt tot mai mult asociate cu afecțiuni precum depresia și boala Alzheimer.
O echipă de cercetători, condusă de D’Angelo, Fusar Bassini și La Manno de la EPFL, a realizat acum un atlas detaliat al lipidelor din întregul creier al șoarecelui. Lipid Brain Atlas arată că aceste molecule urmează un model precis și ordonat, care se aliniază cu anatomia cunoscută a creierului și dezvăluie limite pe care anatomia singură le-a ratat.
Modelul este atât de distinctiv încât, doar din lipide, echipa a putut determina de unde provine o bucată de țesut din creier.
Studiul a fost publicat în Nature.
Pentru a construi atlasul, echipa a folosit o metodă numită imagistică prin spectrometrie de masă. Practic, aceasta implică utilizarea unui laser pe secțiuni subțiri de creier, punct cu punct, și înregistrarea lipidelor prezente în fiecare loc.
Cercetătorii au măsurat un total de 172 de lipide pe 109 secțiuni din 11 șoareci. Transformarea a aproximativ 7 milioane de citiri individuale într-un model 3D al întregului creier a necesitat noi instrumente de învățare automată, create special pentru acest proiect.
Harta finalizată împarte creierul în 539 de teritorii distincte, denumite „lipizone”, fiecare având propriul amestec caracteristic de lipide.
Deși multe lipizone se aliniază cu tipurile celulare cunoscute și regiunile cerebrale, altele leagă un grup de corpuri celulare nervoase de zone îndepărtate la care ajung fibrele lor. Aceasta este o conexiune pe care hărțile bazate pe gene au ratat-o de obicei. „În esență, lipidele funcționează ca niște coduri poștale, oferind părților îndepărtate, dar interconectate, ale creierului aceeași adresă chimică”, afirmă D’Angelo.
Atlasul a identificat de asemenea modele pe care metodele anterioare le-au omis. Materia albă a creierului, considerată mult timp relativ uniformă, s-a dovedit a fi un mozaic de zone distincte. „Acest lucru arată că celulele care produc mielină sunt mult mai variate din punct de vedere chimic decât ar sugera genele lor”, afirmă Fusar Bassini.
Atlasul a surprins și modul în care lipidele din creier se schimbă în timpul sarcinii. La șoarecii gestanți, lipidele au suferit modificări în multe regiuni, iar aceste schimbări au fost mai mari, în general, decât diferențele obișnuite între sexe. Cortexul, stratul exterior al creierului, a fost drastic remodelat, în timp ce un component cheie al mielinei, numit ceramid galactozilic, a crescut semnificativ în întreaga materie albă a creierului.
„Împreună, aceste schimbări sugerează că creierul își reglează propriile conexiuni pentru a răspunde cerințelor sarcinii”, afirmă La Manno. „Atlasul dezvăluie că creierul își ajustează constant lipidele pentru a răspunde nevoilor în schimbare ale corpului.”
Lipid Brain Atlas este disponibil gratuit online, oferind cercetătorilor o nouă sursă de informații pe care să o studieze alături de genetica și biologia celulară. Acesta oferă un reper sănătos pentru a investiga unde lipidele devin problematice și cum se leagă de dezvoltarea creierului, îmbătrânire și boli.
„Ceea ce se transferă la oameni nu este harta, ci metoda, și faptul că acum știm că un creier sănătos are o hartă lipidică foarte organizată”, afirmă Fusar Bassini.
