Gli scienziati hanno sviluppato e migliorato BARseq, una tecnica per mappare le connessioni delle cellule cerebrali tramite l’espressione genica, con l’obiettivo di migliorare i trattamenti per le condizioni neurologiche. Hanno scoperto che la cecità altera l’espressione genica nella corteccia visiva e stanno lavorando per espandere le capacità di BARseq per comprendere la connettività e lo sviluppo cerebrale.
Nel 2019, durante il suo post-dottorato nel laboratorio di Zador al Cold Spring Harbor Laboratory (CSHL), Xiaoyin Chen ha aiutato a sviluppare una tecnica per mappare queste connessioni. BARseq identifica le cellule nel cervello tramite i geni che utilizzano e traccia il circuito neurale connesso. Le prime versioni di BARseq mappavano l’espressione genica attraverso migliaia di percorsi neurali, utilizzando “codici a barre” o brevi frammenti di RNA.
“Ora pensiamo alle mappe di BARseq come a un aiuto per dipingere,” dice l’ex postdoc del CSHL Xiaoyin Chen. “Tutti questi piccoli punti compongono delle forme. E puoi effettivamente zoomare e guardare diverse parti e distinguere diversi tipi di cellule.”
Chen è ora un investigatore assistente presso l’Allen Brain Institute. Di recente si è riunito con il professor Anthony Zador del CSHL per migliorare le capacità di BARseq. Cosa significa questo? Invece di migliaia di neuroni, BARseq può ora mappare milioni.
“Ci stiamo concentrando sul portare BARseq avanti. Vogliamo renderlo facile da usare per tutti, più veloce, più sensibile. Possiamo leggere più informazioni con esso? Con una scala molto più ampia, puoi iniziare a rispondere a domande diverse,” dice Chen.
Ricerca sulla corteccia visiva utilizzando BARseq
Il team ha iniziato la loro ricerca nella corteccia visiva del cervello. La vista è uno dei modi più comuni in cui gli esseri umani percepiscono il mondo. Le informazioni viaggiano dagli occhi alla corteccia visiva per essere elaborate. Ma cosa succede nel cervello quando i percorsi neurali della corteccia visiva vengono tagliati o non si formano affatto?
“La gente sa da tempo che gli input visivi sono molto importanti per modellare il cervello,” spiega Chen. “Ma non sappiamo, alla risoluzione esatta dei tipi di cellule che BARseq fornisce, cosa succede realmente.”
Il team ha usato BARseq per mappare i cervelli di nove topi e tracciare l’espressione genica nella corteccia visiva di ciascun topo. È la prima volta che la tecnica è stata utilizzata per mappare così tanti cervelli interi. Sorprendentemente, il team ha scoperto che se i topi diventavano ciechi, i geni nella corteccia visiva iniziavano a somigliare a quelli delle aree corticali vicine del cervello.
“Gli effetti della perdita della vista erano molto ampi,” spiega Chen. “La corteccia visiva stessa cambia. Diventa più simile alle aree intorno ad essa. Ci sono ancora molte domande su come lo sviluppo controlla questa modellazione.”
Chen sta ora lavorando per espandere ulteriormente le capacità di BARseq. Lui e il suo team stanno utilizzando la tecnica per investigare come le connessioni sono cablate nei cervelli in via di sviluppo e come queste connessioni evolvono.
“Comprendere come le aree corticali sono configurate è il primo passo per comprendere queste connessioni,” dice. “Ma non è sufficiente. Dobbiamo ancora scoprire come progrediscono durante lo sviluppo. BARseq può portarci più vicini a quel obiettivo.”
Riferimento: “Whole-cortex in situ sequencing reveals input-dependent area identity”, Nature. DOI: 10.1038/s41586-024-07221-6