Atlas del cerebro de Allen - Allen Brain Atlas

Los Atlas Allen del ratón y el cerebro humano son proyectos del Instituto Allen de Ciencias del Cerebro que buscan combinar la genómica con la neuroanatomía mediante la creación de mapas de expresión génica para el ratón y el cerebro humano . Se iniciaron en septiembre de 2003 con una donación de $ 100 millones de Paul G. Allen y el primer atlas se hizo público en septiembre de 2006. En mayo de 2012, se han publicado siete atlas de cerebro : Mouse Brain Atlas, Human Brain Atlas, Developing Mouse Brain Atlas , Desarrollo del Atlas del cerebro humano, Atlas de conectividad del ratón, Atlas de primates no humanos y Atlas de la médula espinal del ratón. También hay tres proyectos relacionados con bancos de datos: Glioblastoma, Mouse Diversity y Sleep. El Instituto Allen espera que sus hallazgos ayuden a avanzar en varios campos de la ciencia, especialmente en los que rodean la comprensión de las enfermedades neurobiológicas. Los atlas son gratuitos y están disponibles para uso público en línea.

Historia

En 2001, Paul Allen reunió a un grupo de científicos, incluidos James Watson y Steven Pinker , para discutir el futuro de la neurociencia y lo que se podría hacer para mejorar la investigación en neurociencia (Jones 2009). Durante estas reuniones, David Anderson del Instituto de Tecnología de California propuso la idea de que un atlas tridimensional de expresión génica en el cerebro del ratón sería de gran utilidad para la comunidad de las neurociencias. El proyecto se puso en marcha en 2003 con una donación de 100 millones de dólares de Allen a través del Instituto Allen de Ciencias del Cerebro . El proyecto utilizó una técnica para mapear la expresión génica desarrollada por Gregor Eichele y sus colegas en el Instituto Max Planck de Química Biofísica en Goettingen, Alemania. La técnica utiliza hibridación colorimétrica in situ para mapear la expresión génica. El proyecto estableció una meta de 3 años para terminar el proyecto y ponerlo a disposición del público.

Un lanzamiento inicial del primer atlas, el atlas de cerebro de ratón, ocurrió en diciembre de 2004. Posteriormente, se publicaron más datos para este atlas por etapas. El último conjunto de datos de todo el genoma se publicó en septiembre de 2006. Sin embargo, la publicación final del atlas no fue el final del proyecto; el Atlas todavía se está mejorando. Además, otros proyectos que incluyen el atlas del cerebro humano, el desarrollo del cerebro del ratón, el desarrollo del cerebro humano, la conectividad del ratón, el atlas de primates no humanos y el atlas de la médula espinal del ratón se están desarrollando a través del Instituto Allen de Ciencias del Cerebro junto con Allen Mouse Brain. Atlas.

Objetivos del proyecto

Instituto Allen de Ciencias del Cerebro

El objetivo general y el lema de todos los proyectos del Instituto Allen es "impulsar el descubrimiento". El proyecto se esfuerza por cumplir este objetivo y hacer avanzar la ciencia de varias maneras. Primero, crean atlas cerebrales para comprender mejor las conexiones entre los genes y el funcionamiento del cerebro. Su objetivo es avanzar en la investigación y el conocimiento sobre afecciones neurobiológicas como el Parkinson , el Alzheimer y el autismo con su mapeo de la expresión génica en todo el cerebro. Los proyectos Brain Atlas también siguen el lema del "Instituto Allen" con su publicación abierta de datos y hallazgos. Esta política también está relacionada con otro objetivo del Instituto: la investigación colaborativa y multidisciplinar. Por lo tanto, cualquier científico de cualquier disciplina puede mirar los hallazgos y tenerlos en cuenta mientras diseña sus propios experimentos. También está disponible para el público la aplicación Brain Explorer.

Técnicas de investigación

El Instituto Allen de Ciencias del Cerebro utiliza una filosofía basada en proyectos para su investigación. Cada atlas de cerebro se centra en su propio proyecto, compuesto por su propio equipo de investigadores. Para completar un atlas, cada equipo de investigación recopila y sintetiza escáneres cerebrales, datos médicos, información genética y datos psicológicos. Con esta información, pueden construir la arquitectura bioquímica tridimensional del cerebro y averiguar qué proteínas se expresan en ciertas partes del cerebro. Para recopilar los datos necesarios, los científicos del Instituto Allen utilizan varias técnicas. Una técnica implica el uso de cerebros post mortem y tecnología de escaneo cerebral para descubrir en qué parte del cerebro se activan y desactivan los genes. Otra técnica, llamada hibridación in situ , o ISH, se utiliza para ver los patrones de expresión génica como imágenes de hibridación in situ.

Dentro de los Atlas del cerebro, estas imágenes y gráficos digitales 3-D ISH revelan, en color, las regiones donde se expresa un gen determinado. En Brain Explorer, se puede buscar y seleccionar cualquier gen, lo que da como resultado que la imagen in situ aparezca como una forma fácil de manipular y explorar. Parte de la creación de esta base de datos de expresión génica centrada en la anatomía incluye alinear los datos de ISH para cada gen con un espacio de coordenadas tridimensional mediante el registro con un atlas de referencia creado para el proyecto.

Contribuciones a la neurociencia

Los diferentes tipos de células del sistema nervioso central se originan a partir de una expresión génica variable . Un mapa de expresión genética en el cerebro permite a los investigadores correlacionar formas y funciones. El Allen Brain Atlas permite a los investigadores ver las áreas de diferente expresión en el cerebro, lo que permite ver las conexiones neuronales en todo el cerebro. Ver estas vías a través de diferentes expresiones génicas, así como técnicas de imágenes funcionales, permite a los investigadores correlacionar entre la expresión génica, los tipos de células y la función de la vía en relación con los comportamientos o fenotipos.

Aunque la mayor parte de la investigación se ha realizado en ratones, el 90% de los genes de los ratones tienen una contraparte en los seres humanos. Esto hace que Atlas sea particularmente útil para modelar enfermedades neurológicas. Los patrones de expresión génica en individuos normales proporcionan un estándar para comparar y comprender fenotipos alterados. Ampliar la información obtenida de las enfermedades de los ratones ayudará a comprender mejor los trastornos neurológicos humanos. El atlas puede mostrar qué genes y áreas particulares se ven afectados en los trastornos neurológicos; la acción de un gen en una enfermedad se puede evaluar junto con los patrones de expresión general y estos datos podrían arrojar luz sobre el papel del gen en particular en el trastorno.

Explorador del cerebro

El sitio web de Allen Brain Atlas contiene un explorador de cerebros interactivo en 3D descargable. El explorador es esencialmente un motor de búsqueda de ubicaciones de expresión genética; esto es particularmente útil para encontrar regiones que expresen genes similares. Los usuarios pueden delinear redes y rutas utilizando esta aplicación conectando regiones que coexpresan un determinado gen. El explorador usa una escala multicolor y contiene múltiples planos del cerebro que permiten a los espectadores ver diferencias en la densidad y el nivel de expresión. Las imágenes son una combinación de muchas muestras promediadas, por lo que es útil cuando se comparan con individuos con expresión génica anormalmente baja.

Atlas

Cerebro de ratón

El Atlas del cerebro del ratón Allen es un mapa completo del genoma del cerebro del ratón adulto que revela dónde se expresa cada gen. El atlas de cerebro de ratón fue el proyecto original del Allen Brain Atlas y se terminó en 2006. El propósito del atlas es ayudar en el desarrollo de la investigación en neurociencia. La esperanza del proyecto es que permitirá a los científicos comprender mejor las enfermedades y trastornos cerebrales como el autismo y la depresión .

Cerebro humano

El Atlas del cerebro humano de Allen se hizo público en mayo de 2010. Fue el primer mapa del cerebro humano tridimensional anatómica y genómicamente completo. El atlas fue creado para mejorar la investigación en muchos campos de investigación en neurociencia, incluida la neurofarmacología, las imágenes del cerebro humano, la genética humana, la neuroanatomía, la genómica y más. El atlas también está orientado a promover la investigación sobre los trastornos de salud mental y las lesiones cerebrales, como la enfermedad de Alzheimer , el autismo, la esquizofrenia y la adicción a las drogas .

Desarrollando el cerebro del ratón

El Atlas de cerebro de ratón en desarrollo de Allen es un atlas que rastrea la expresión génica a lo largo del desarrollo de un cerebro de ratón C57BL / 6. El proyecto se inició en 2008 y actualmente está en curso. El atlas se basa en imágenes de resonancia magnética (IRM). Traza el crecimiento, la materia blanca , la conectividad y el desarrollo del cerebro del ratón C57BL / 6 desde el día 12 embrionario hasta el día 80 posnatal. Este atlas mejora la capacidad de los neurocientíficos para estudiar cómo los contaminantes y las mutaciones genéticas afectan el desarrollo del cerebro. Por lo tanto, el atlas puede usarse para determinar qué toxinas representan una amenaza especial para los niños y las madres embarazadas.

Conectividad del cerebro del ratón

El Atlas de Conectividad Cerebral del Ratón Allen se lanzó en noviembre de 2011. A diferencia de otros atlas del Instituto Allen, este atlas se centra en la identificación de los circuitos neuronales que gobiernan el comportamiento y la función cerebral. Este circuito neuronal es responsable de funciones como el comportamiento y la percepción. Este mapa permitirá a los científicos comprender mejor cómo funciona el cerebro y qué causa las enfermedades y trastornos cerebrales, como la enfermedad de Parkinson y la depresión.

Médula espinal de ratón

Revelado en julio de 2008, el Atlas de la médula espinal del ratón Allen fue el primer mapa de todo el genoma de la médula espinal del ratón jamás construido. El atlas de la médula espinal es un mapa de la expresión génica de todo el genoma en la médula espinal de ratones negros C57 adultos y juveniles. La presentación inicial incluyó datos de 2.000 genes y una sección de referencia anatómica. Un plan para el futuro incluye ampliar la cantidad de datos a unos 20.000 genes que abarcan toda la longitud de la médula espinal.

El objetivo del atlas de la médula espinal es mejorar la investigación en el tratamiento de lesiones, enfermedades y trastornos de la médula espinal, como las enfermedades de Lou Gehrig y la atrofia muscular espinal. El proyecto fue financiado por una serie de donantes, incluidos el Allen Research Institute, la Paralyzed Veterans of America Research Foundation, la ALS Association , Wyeth Research , PEMCO Insurance, National Multiple Sclerosis Society , International Spinal Research Trust y muchas otras organizaciones, fundaciones, empresas y donantes privados.

Ver también

Referencias

enlaces externos