Os pesquisadores criaram o maior atlas de células cerebrais humanas até agora, revelando mais de 3.000 tipos de células – muitas das quais são novas para a ciência. A obra, publicada em pacote de 21 artigos hoje em Ciência, Avanços da Ciência e Medicina Translacional Científicavai auxiliar no estudo das doenças, da cognição e do que nos torna humanos, entre outras coisas, afirmam os autores.
O enorme atlas celular oferece uma imagem detalhada do órgão mais complexo conhecido. “É altamente significativo”, diz Anthony Hannan, neurocientista do Instituto Florey de Neurociência e Saúde Mental em Melbourne, Austrália. Os investigadores já mapearam o cérebro humano utilizando técnicas como a ressonância magnética, mas este é o primeiro atlas de todo o cérebro humano ao nível de uma única célula, mostrando as suas intricadas interacções moleculares, acrescenta Hannan. “Esses tipos de atlas estão realmente lançando as bases para uma compreensão muito melhor do cérebro humano.”
A pesquisa faz parte da Pesquisa do Cérebro do Instituto Nacional de Saúde dos EUA por meio da Iniciativa Avançada de Neurotecnologias Inovadoras – Rede de Censo Celular (BICCN), uma colaboração entre centenas de cientistas. Os objetivos do programa incluem catalogar tipos de células cerebrais em humanos, primatas não humanos e ratos para melhorar a compreensão dos mecanismos celulares por trás de distúrbios cerebrais pouco compreendidos. Os dados dos 21 estudos foram disponibilizados publicamente no site Arquivo Multi-ômico de Neurociências repositório on-line.
Zoológico celular
Kimberly Siletti, neurocientista atualmente no Centro Médico Universitário de Utrecht, na Holanda, e sua equipe lançaram a pedra fundamental para o atlas ao sequenciar o RNA de mais de 3 milhões de células individuais de 106 locais que cobrem todo o cérebro humano, usando amostras de tecido de três doadores masculinos falecidos. Eles também incluíram uma dissecção do córtex motor de uma doadora que havia sido usada em estudos anteriores. A análise documentou 461 categorias amplas de células cerebrais que incluíam mais de 3.000 subtipos. “Fiquei surpreso com a quantidade de tipos diferentes de células que existiam”, diz Siletti.
Os neurônios – células do cérebro e do sistema nervoso que enviam e recebem sinais – variam amplamente em diferentes partes do cérebro, sugerindo diferentes funções e histórias de desenvolvimento. A mistura de neurônios e outros tipos de células também diferiu em cada região; algumas células foram encontradas apenas em locais específicos. O tronco cerebral – uma estrutura relativamente pouco estudada que liga o cérebro à medula espinhal – abrigava um número particularmente elevado de tipos de neurônios, diz o coautor do estudo Sten Linnarsson, biólogo de sistemas moleculares do Instituto Karolinska em Estocolmo, Suécia. “Uma das grandes surpresas aqui é o quão incrivelmente complexo é o tronco cerebral.”
Outros estudos aprofundaram os mecanismos de regulação e expressão genética em diferentes células. Joseph Ecker, biólogo molecular do Instituto Salk de Estudos Biológicos em La Jolla, Califórnia, e seus colegas investigaram o cérebro através de lentes epigenéticas usando amostras de tecido dos mesmos três doadores. Eles analisaram marcadores químicos que ativam ou desativam genes em mais de 500 mil células individuais. As várias moléculas que atuaram como interruptores permitiram à equipe identificar quase 200 tipos de células cerebrais. Mesmo o mesmo gene no mesmo tipo de célula pode ter características diferentes no cérebro. Um gene foi ativado com um interruptor na parte frontal do cérebro e outro na parte traseira. “Existem diferenças regionais notáveis”, diz o coautor do estudo Wei Tian, biólogo computacional do Instituto Salk.
Identificar os interruptores que ativam ou bloqueiam a expressão genética nas células cerebrais pode ser útil para diagnosticar distúrbios cerebrais e desenvolver tratamentos personalizados, diz Ecker. “Essa é mais uma ferramenta que surge da caixa de ferramentas que estamos construindo”, diz ele.
Risco de doença
Melhorar a compreensão de como as mudanças genéticas podem contribuir para o risco de doenças também foi o foco de Bing Ren, biólogo molecular da Universidade da Califórnia, em San Diego, e sua equipe. Eles analisaram como mais de um milhão de células cerebrais dos três doadores acessam e usam informações genéticas. Os pesquisadores descobriram ligações entre certos tipos de células cerebrais e distúrbios neuropsiquiátricos, incluindo transtorno bipolar, depressão e esquizofrenia.
Ren e seus colegas usaram os dados do tipo celular para prever como as mudanças genéticas influenciam a regulação dos genes e aumentam o risco de doenças neurológicas. Por exemplo, em células chamadas microglia, que eliminam células mortas ou danificadas, a presença de alguns interruptores genéticos estava fortemente ligada aos riscos da doença de Alzheimer. Tais descobertas podem ser usadas para testar se determinados genes ou interruptores defeituosos contribuem diretamente para o aparecimento da doença. “Isso é possível porque – pela primeira vez – delineamos as mudanças genéticas para centenas de tipos de células diferentes”, diz Ren.
O próximo passo da equipe do BICCN é sequenciar mais células de todas as partes do cérebro, diz Ren. Os pesquisadores também trabalharão com mais amostras de tecidos para construir uma imagem de como o cérebro humano pode variar entre populações e faixas etárias. “Este é apenas o começo”, diz Ren.
Este artigo foi reproduzido com permissão e foi publicado pela primeira vez em 12 de outubro de 2023.