Se encuentran proteínas humanas que explican las diferencias interindividuales en la conectividad funcional del cerebro

Un objetivo a largo plazo de la neurociencia es comprender cómo las moléculas y estructuras celulares en la microescala dan lugar a comunicaciones entre regiones del cerebro en la macroescala.

Ahora, un estudio "La integración a través de escalas biofísicas identifica correlatos moleculares y celulares de la variabilidad de persona a persona en la conectividad del cerebro humano." En neurociencia de la naturaleza Por primera vez, se han identificado cientos de proteínas cerebrales que explican las diferencias interindividuales en la conectividad funcional y la covariación estructural en el cerebro humano.

"Un objetivo central de la neurociencia es desarrollar una comprensión del cerebro que, en última instancia, describa las bases mecanicistas de la cognición y el comportamiento humanos", dijeron Jeremy Herskowitz, profesor asociado del Departamento de Neurología de la Universidad de Alabama en Birmingham, y coautores. El estudio fue escrito junto con Chris Gattery, PhD, SUNY Upstate Medical University, Syracuse. "Este estudio demuestra la viabilidad de integrar datos de escalas biofísicas muy diferentes para proporcionar una comprensión molecular de la conectividad del cerebro humano".

cerrando la brecha

El rango desde la escala molecular de proteínas y ARNm hasta la escala de neuroimagen de todo el cerebro de imágenes por resonancia magnética funcional y estructural (que abarca aproximadamente siete órdenes de magnitud) fue posible gracias al Estudio de Órdenes Religiosas y al Proyecto Rush de Memoria y Envejecimiento. o ROSMAP, de la Universidad Rush de Chicago. ROSMAP inscribe a monjas, sacerdotes y hermanos católicos de 65 años o más que no tengan demencia conocida en el momento de la inscripción. Los participantes reciben evaluaciones médicas y psicológicas cada año y aceptan donar su cerebro después de su muerte.

Herskowitz, Gateri y sus colegas estudiaron muestras y datos de cerebro post mortem de un grupo único de 98 participantes de ROSMAP. Sus tipos de datos incluían resonancia magnética funcional en estado de reposo, resonancia magnética estructural, genética, morfometría de la columna dendrítica, proteómica y mediciones de expresión génica de la circunvolución frontal superior y la circunvolución temporal inferior del cerebro.

“A través de la integración de datos de morfología molecular y dendrítica de la columna vertebral, hemos identificado cientos de proteínas que explican las diferencias interindividuales en la conectividad funcional y la covariación estructural. Estas proteínas están enriquecidas para estructuras y funciones sinápticas, metabolismo energético y procesamiento de ARN”, escribieron los investigadores.

“Al integrar datos a nivel genético, molecular, subcelular y tisular, vinculamos cambios bioquímicos específicos en las sinapsis con la conectividad entre regiones del cerebro. Estos resultados demuestran la viabilidad de integrar datos de escalas biofísicas muy diferentes para proporcionar una comprensión más completa de la conectividad cerebral.

Basándonos en la coherencia de los patrones de conectividad funcional dentro de los individuos, "planteamos la hipótesis de que sería posible combinar datos moleculares y subcelulares postmortem con datos de neuroimagen antemortem del mismo individuo para caracterizar los mecanismos moleculares subyacentes a la conectividad cerebral", dijo Herskowitz.

Investigando apixaban versus aspirina en pacientes con cáncer y accidente cerebrovascular criptogénico.

La edad media de los participantes de ROSMAP en el momento de la resonancia magnética y en el momento de la muerte fue de 88+/-6 años y 91+/-6 años, respectivamente, el intervalo de tiempo medio entre la edad en la resonancia magnética y la muerte fue de 3+/; -. 2 años. El intervalo post mortem promedio para el muestreo de cerebro fue de 8,5 +/- 4,6 horas. En el estudio, los investigadores realizaron una caracterización detallada de cada tipo de datos ómicos, celulares y de neuroimagen y luego integraron los diferentes tipos de datos mediante algoritmos de agrupamiento computacional.

Los científicos notaron que la clave de la investigación era utilizar una medición de escala intermedia (morfometría de la columna dendrítica, forma, tamaño y densidad de la columna) para vincular la escala molecular con la escala de neuroimagen de todo el cerebro. La integración de la morfometría de la columna dendrítica fue importante para contextualizar las señales proteómicas y transcriptómicas para explorar las asociaciones de proteínas con la conectividad funcional.

“Inicialmente, las medidas de proteínas y ARN no podían explicar la variabilidad de la conectividad funcional de persona a persona; Sin embargo, cuando integramos la morfología de la columna dendrítica a partir de moléculas para cerrar la brecha de comunicación entre áreas cerebrales, todo encajó en su lugar", explicó Herskowitz.

Las espinas dendríticas pueden cambiar rápidamente de forma o volumen al formar nuevas sinapsis, un proceso que es parte de un proceso llamado plasticidad cerebral, y la cabeza de la columna soporta estructuralmente la densidad postsináptica. Las espinas se pueden dividir en subclases de forma según su estructura tridimensional: delgadas, en forma de hongo, rechonchas o filopodios. Este verano, de una manera diferente EstudiarHerskowitz y sus colegas utilizaron muestras ROSMAP para demostrar que la preservación de la memoria en la vejez se mantenía por la calidad, medida por el diámetro de las cabezas de las espinas dendríticas, y no por la cantidad de sinapsis en el cerebro.

En este último estudio, los cientos de proteínas que identificaron los investigadores explican las diferencias interindividuales en la conectividad funcional y la covariación estructural, que se enriquecieron con proteínas involucradas en las sinapsis, el metabolismo energético y el procesamiento del ARN.

“Al integrar datos a nivel genético, molecular, subcelular y tisular, hemos vinculado cambios bioquímicos específicos en las sinapsis con la conectividad entre regiones del cerebro. En general, este estudio indica que obtener datos del mismo conjunto de cerebros a través de los principales enfoques de la neurociencia humana es fundamental para comprender cómo se sustenta la función del cerebro humano en múltiples escalas biofísicas", continuó Herskovitz.

"Aunque se necesitan investigaciones futuras para determinar completamente el alcance y los componentes de la sincronía cerebral a múltiples escalas, hemos establecido un conjunto inicial de moléculas fuertemente definido cuyos efectos probablemente resonarán en todas las escalas biofísicas".