Un singolo neurone in un normale cervello adulto , indica una nuova ricerca, ha probabilmente più di mille mutazioni genetiche che non sono presenti nelle cellule che la circondano. La maggior parte di queste mutazioni sembrano sorgere mentre i geni sono in uso attivo, dopo lo sviluppo del cervello è completo.
Si è scoperto che il genoma di ogni neurone è unico. Ognuno aveva più di 1000 mutazioni puntiformi (mutazioni che alterano una singola lettera del codice genetico), e solo poche mutazioni apparse in più di una cellula.
Un singolo neurone in un normale cervello adulto ha probabilmente più di mille mutazioni genetiche che non sono presenti nelle cellule che la circondano, secondo una nuova ricerca de gli scienziati dell’ Howard Hughes Medical Institute (HHMI). La maggior parte di queste mutazioni sembrano sorgere mentre i geni sono in uso attivo, dopo che lo sviluppo del cervello è completato.
"Abbiamo scoperto che i geni -dice Christopher Walsh, investigatore Hospital dei bambini di Boston -, che ha guidato la ricerca come il cervello utilizza più di tutti i geni più fragili e con più probabilità di essere mutati". Walsh, Peter Park , biologo computazionale presso la Harvard Medical School, ed i loro colleghi hanno già prodotto una serie di risultati.
Non è ancora chiaro come queste mutazioni naturali impattano sulla funzione di un cervello normale, o in che misura contribuiscono alla malattia. Tracciando la distribuzione delle mutazioni tra le cellule, Walsh e colleghi hanno desunto nuove informazioni sulle modalità di sviluppo di un cervello umano.
"Il genoma di un singolo neurone è la testimonianza archeologica di quella cellula,- spiega Walsh - siamo in grado di leggere la sua ereditarietà e le sue implicazioni nel modello di mutazioni condivise. Sappiamo, se abbiamo esaminato abbastanza cellule in abbastanza cervello, di potere decostruire l'intero modello di sviluppo del cervello umano."Cellule di diverse forme, dimensioni, e funzioni sono intimamente intrecciate all'interno del cervello. Ci si è chiesto a lungo come si genera la diversità. C’è parecchio interesse alla variabilità del genoma tra i neuroni per gli elementi di prova, ottenuti dal laboratorio di Walsh e altri , che le mutazioni che interessano solo una piccola frazione di cellule nel cervello possono causare gravi malattie neurologiche. Tuttavia, chi doveva esplorare la diversità veniva ostacolato dalla scarsa quantità di DNA all'interno di neuroni. Pur isolando il materiale genetico da un singolo neurone, semplicemente non c'era abbastanza DNA per sequenziarlo e quindi i confronti cellula-cellula erano impossibili. La squadra di Walsh grazie alla tecnologia disponibile negli ultimi anni, ha amplificato i genoma pieni delle cellule individuali. Con l’abbondanza di DNA ora disponibile, hanno sequenziato completamente il genoma di un singolo neurone e setacciato i luoghi in cui il codice genetico di quella cellula è diverso da quello di altre cellule.
Sono stati isolati e sequenziati i genomi di 36 neuroni, da cervelli sani donati da tre adulti dopo la loro morte. Per confronto, gli scienziati hanno anche sequenziato il DNA isolato dalle cellule nel cuore di ogni individuo. Questo sforzo ha prodotto montagne di dati, e il gruppo di Walsh ha collaborato con il Parco e Semin Lee, borsista nel gruppo del Parco, per dare un senso a tutto questo. Hanno trovato che il genoma di ogni neurone era unico. Ognuno aveva più di 1000 mutazioni puntiformi (mutazioni che alterano una singola lettera del codice genetico), e solo poche mutazioni appaiono in più di una cellula. La natura della variazione non era quella che si era previsto.
"Ci aspettavamo mutazioni come le mutazioni del cancro,-dice Walsh -, poiché le mutazioni tumorali tendono a sorgere quando il DNA è imperfettamente copiato in preparazione per la divisione cellulare , ma in realtà hanno una firma unica tutta loro. Le mutazioni che si verificano nel cervello sembrano principalmente verificarsi quando le cellule esprimono i loro geni. "
I neuroni non si dividono, e il più delle volte il loro DNA è protetto da eventuali danni. Quando una cellula deve attivare un gene, si apre il DNA, esponendo il gene in modo che possa essere copiato in RNA, il primo passo nella produzione di proteine. Sulla base dei tipi e le posizioni delle mutazioni che hanno trovato nei neuroni, si è concluso che la maggior parte dei danni del DNA si verificano durante il processo di svolgimento e copia.
Mentre la maggior parte delle mutazioni nei neuroni erano uniche, una piccola percentuale hanno fatto alzare l’attenzione in più di una cellula. Queste mutazioni erano originarie quando le future cellule cerebrali erano ancora in divisione, un processo, completo prima della nascita. Queste prime mutazioni sono state trasmesse come cellule divise e migrate, e sono usate per ricostruire una storia parziale, dello sviluppo del cervello."Sapevamo che le cellule che hanno condiviso una certa mutazione, - spiega Mollie Woodworth, ricercatrice nel laboratorio di Walsh - erano collegate, e si è potuto osservare come le diverse cellule nell'adulto sono legate le une alle altre in fase di sviluppo". Questa mappatura rivela che cellule strettamente in relazione, potrebbero finire molto distanti tra di loro nel cervello adulto. Un unico pezzo di tessuto cerebrale potrebbe contenere cellule provenienti da cinque diversi lignaggi che divergevano prima che il cervello in via di sviluppo, si separasse da altri tessuti del feto. "Potremmo identificare le mutazioni successe molto presto, prima che il cervello esistesse, e - dice Woodworth - abbiamo trovato che le cellule che hanno avuto queste mutazioni erano annidate accanto alle cellule che avevano mutazioni totalmente differenti ". Si è trovato, un particolare neurone che potrebbe essere più strettamente correlato a una cellula nel cuore di un neurone adiacente. Si dice che la compenetrazione tra cellule di diverse origini dello sviluppo, potrebbe proteggere il cervello dagli effetti delle primi insorgenze di mutazioni, potenzialmente nocive. Sebbene la maggior parte delle mutazioni catalogate dagli scienziati erano innocue, le mutazioni d’ incontro hanno sconvolto i geni e , quando le alterazioni sono presenti in tutto il cervello, possono causare malattie. "Avendo popolazioni molto contrastanti, - dice Michael Lodato, ricercatore nel laboratorio di Walsh - cellule una accanto all'altra e responsabile di un compito simile, non sono strettamente correlate tra loro, quindi non sono propense a condividere la stessa deleteria mutazione " . Questo, potrebbe ridurre il rischio che una particolare mutazione debba interferire con una funzione cerebrale localizzata.
Tuttavia, questa abbondanza di mutazioni influenzano la funzione di un cervello normale. "In che misura queste mutazioni clonali – si chiede Walsh - normalmente plasmano lo sviluppo del cervello, in modo negativo o un modo positivo?Fino a che punto abbiamo un pezzo di cervello che non funziona perfettamente, ma non così tanto che si direbbe una malattia? Questa è una grande questione aperta."
Un singolo neurone in un normale cervello adulto , indica una nuova ricerca, ha probabilmente più di mille mutazioni genetiche che non sono presenti nelle cellule che la circondano. La maggior parte di queste mutazioni sembrano sorgere mentre i geni sono in uso attivo, dopo lo sviluppo del cervello è completo.
Si è scoperto che il genoma di ogni neurone è unico. Ognuno aveva più di 1000 mutazioni puntiformi (mutazioni che alterano una singola lettera del codice genetico), e solo poche mutazioni apparse in più di una cellula.
Un singolo neurone in un normale cervello adulto ha probabilmente più di mille mutazioni genetiche che non sono presenti nelle cellule che la circondano, secondo una nuova ricerca de gli scienziati dell’ Howard Hughes Medical Institute (HHMI). La maggior parte di queste mutazioni sembrano sorgere mentre i geni sono in uso attivo, dopo che lo sviluppo del cervello è completato.
"Abbiamo scoperto che i geni -dice Christopher Walsh, investigatore Hospital dei bambini di Boston -, che ha guidato la ricerca come il cervello utilizza più di tutti i geni più fragili e con più probabilità di essere mutati". Walsh, Peter Park , biologo computazionale presso la Harvard Medical School, ed i loro colleghi hanno già prodotto una serie di risultati.
Non è ancora chiaro come queste mutazioni naturali impattano sulla funzione di un cervello normale, o in che misura contribuiscono alla malattia. Tracciando la distribuzione delle mutazioni tra le cellule, Walsh e colleghi hanno desunto nuove informazioni sulle modalità di sviluppo di un cervello umano.
"Il genoma di un singolo neurone è la testimonianza archeologica di quella cellula,- spiega Walsh - siamo in grado di leggere la sua ereditarietà e le sue implicazioni nel modello di mutazioni condivise. Sappiamo, se abbiamo esaminato abbastanza cellule in abbastanza cervello, di potere decostruire l'intero modello di sviluppo del cervello umano."Cellule di diverse forme, dimensioni, e funzioni sono intimamente intrecciate all'interno del cervello. Ci si è chiesto a lungo come si genera la diversità. C’è parecchio interesse alla variabilità del genoma tra i neuroni per gli elementi di prova, ottenuti dal laboratorio di Walsh e altri , che le mutazioni che interessano solo una piccola frazione di cellule nel cervello possono causare gravi malattie neurologiche. Tuttavia, chi doveva esplorare la diversità veniva ostacolato dalla scarsa quantità di DNA all'interno di neuroni. Pur isolando il materiale genetico da un singolo neurone, semplicemente non c'era abbastanza DNA per sequenziarlo e quindi i confronti cellula-cellula erano impossibili. La squadra di Walsh grazie alla tecnologia disponibile negli ultimi anni, ha amplificato i genoma pieni delle cellule individuali. Con l’abbondanza di DNA ora disponibile, hanno sequenziato completamente il genoma di un singolo neurone e setacciato i luoghi in cui il codice genetico di quella cellula è diverso da quello di altre cellule.
Sono stati isolati e sequenziati i genomi di 36 neuroni, da cervelli sani donati da tre adulti dopo la loro morte. Per confronto, gli scienziati hanno anche sequenziato il DNA isolato dalle cellule nel cuore di ogni individuo. Questo sforzo ha prodotto montagne di dati, e il gruppo di Walsh ha collaborato con il Parco e Semin Lee, borsista nel gruppo del Parco, per dare un senso a tutto questo. Hanno trovato che il genoma di ogni neurone era unico. Ognuno aveva più di 1000 mutazioni puntiformi (mutazioni che alterano una singola lettera del codice genetico), e solo poche mutazioni appaiono in più di una cellula. La natura della variazione non era quella che si era previsto.
"Ci aspettavamo mutazioni come le mutazioni del cancro,-dice Walsh -, poiché le mutazioni tumorali tendono a sorgere quando il DNA è imperfettamente copiato in preparazione per la divisione cellulare , ma in realtà hanno una firma unica tutta loro. Le mutazioni che si verificano nel cervello sembrano principalmente verificarsi quando le cellule esprimono i loro geni. "
I neuroni non si dividono, e il più delle volte il loro DNA è protetto da eventuali danni. Quando una cellula deve attivare un gene, si apre il DNA, esponendo il gene in modo che possa essere copiato in RNA, il primo passo nella produzione di proteine. Sulla base dei tipi e le posizioni delle mutazioni che hanno trovato nei neuroni, si è concluso che la maggior parte dei danni del DNA si verificano durante il processo di svolgimento e copia.
Mentre la maggior parte delle mutazioni nei neuroni erano uniche, una piccola percentuale hanno fatto alzare l’attenzione in più di una cellula. Queste mutazioni erano originarie quando le future cellule cerebrali erano ancora in divisione, un processo, completo prima della nascita. Queste prime mutazioni sono state trasmesse come cellule divise e migrate, e sono usate per ricostruire una storia parziale, dello sviluppo del cervello."Sapevamo che le cellule che hanno condiviso una certa mutazione, - spiega Mollie Woodworth, ricercatrice nel laboratorio di Walsh - erano collegate, e si è potuto osservare come le diverse cellule nell'adulto sono legate le une alle altre in fase di sviluppo". Questa mappatura rivela che cellule strettamente in relazione, potrebbero finire molto distanti tra di loro nel cervello adulto. Un unico pezzo di tessuto cerebrale potrebbe contenere cellule provenienti da cinque diversi lignaggi che divergevano prima che il cervello in via di sviluppo, si separasse da altri tessuti del feto. "Potremmo identificare le mutazioni successe molto presto, prima che il cervello esistesse, e - dice Woodworth - abbiamo trovato che le cellule che hanno avuto queste mutazioni erano annidate accanto alle cellule che avevano mutazioni totalmente differenti ". Si è trovato, un particolare neurone che potrebbe essere più strettamente correlato a una cellula nel cuore di un neurone adiacente. Si dice che la compenetrazione tra cellule di diverse origini dello sviluppo, potrebbe proteggere il cervello dagli effetti delle primi insorgenze di mutazioni, potenzialmente nocive. Sebbene la maggior parte delle mutazioni catalogate dagli scienziati erano innocue, le mutazioni d’ incontro hanno sconvolto i geni e , quando le alterazioni sono presenti in tutto il cervello, possono causare malattie. "Avendo popolazioni molto contrastanti, - dice Michael Lodato, ricercatore nel laboratorio di Walsh - cellule una accanto all'altra e responsabile di un compito simile, non sono strettamente correlate tra loro, quindi non sono propense a condividere la stessa deleteria mutazione " . Questo, potrebbe ridurre il rischio che una particolare mutazione debba interferire con una funzione cerebrale localizzata.
Tuttavia, questa abbondanza di mutazioni influenzano la funzione di un cervello normale. "In che misura queste mutazioni clonali – si chiede Walsh - normalmente plasmano lo sviluppo del cervello, in modo negativo o un modo positivo?Fino a che punto abbiamo un pezzo di cervello che non funziona perfettamente, ma non così tanto che si direbbe una malattia? Questa è una grande questione aperta."
Scienziati di Stanford stanno sviluppando un mini-
microscopio per rilevare in maniera non invasiva cellule tumorali circolanti ,
consentendo di attuare interventi per anticiparne i dannosi effetti. Una
delle verità più crudeli sul cancro è che anche dopo aver battuto la malattia ,
può ancora tornare a uccidere . Un tumore che cresce nella prostata , nella mammella ,
o in qualsiasi altro organo può
gettare le sue cellule cancerose nel sangue . Questi cellule semi cancerose
viaggiano nel corpo e possono mettere radici quasi ovunque , crescendo in una nuova
minaccia di cancro anche dopo che il tumore iniziale è già stato trattato . Attualmente,
i medici disegnano il sangue di un paziente e l’analizzano utilizzando
particolari anticorpi per rilevare la presenza dei “semi” , così vengono chiamati
le cellule tumorali circolanti ( CTC
) . Questo metodo funziona bene se CTC
sono presenti in gran numero , ma si potrebbe non riuscire a rilevare piccole
quantità rilasciate dai tumori precedenti. Ora , un team di ingegneri,
scienziati e medici di Stanford sta sviluppando un mini- microscopio che potrebbe essere in grado di rilevare in
maniera non invasiva i CTC prima ,
consentendo interventi per anticiparne i dannosi effetti ." C'è stata una
spinta enorme per aumentarne la sensibilità , - ha detto Bonnie King della
Stanford School of Medicine – in quanto sospettiamo che i CTC spesso circolano
in quantità al di sotto la nostra attuale soglia di rilevabilità”. "Uno
dei principali vantaggi della tecnica microscopica ,- ha detto King- è la
capacità di analizzare una quantità di sangue molto più grande, piuttosto che
solo una piccola fiala raccolta da un paziente. Questo sarà fatto utilizzando
un metodo chiamato in citometria a flusso vivo - una tecnologia laser-basale per il conteggio delle cellule in un
soggetto vivo .Christopher Contag , professore di pediatria presso la Scuola di
Medicina , prevede che un medico dovrebbe iniettare in un paziente un colorante
che farà sì che i CTC testimoniano fluorescenza . Il medico quindi utilizzerebbe
la penna - microscopio per focalizzare una luce laser a bassa potenza su un
vaso sanguigno di larghezza molto piccola, sotto la pelle del paziente .Come le
cellule tumorali colorate passano attraverso il laser , la luce li eccita e li
fa risaltare a differenza delle cellule normali . Il microscopio registra
ognuna di queste cellule e un computer registra ogni osservazione. La maggiore
sensibilità della tecnologia e la capacità di scansione non invasiva del sangue
per lunghi periodi, contribuirà a creare un quadro più completo del numero
delle CTC nel corpo di una persona. "Al
momento non verrà analizzato col laser -ha detto Contag- tutto il sangue di una
persona [ con questo tipo di microscopio ] , ma si punta ad aumentare la quantità di sangue da
analizzare a fronte di un prelievo attuale di sangue pari solo a 7 - millilitri
". Il lavoro è frutto della collaborazione di Olav Solgaard , professore di
ingegneria elettrica; Geoffrey Gurtner , docente di chirurgia , e Michael
Clarke , professore di oncologia . E 'iniziato lo scorso autunno , quando il progetto
proposto come Bio -X (Iniziative Interdisciplinare del Programma di Stanford)
si aggiudicò una borsa sul “seme” . Ogni due anni , Bio –X, offre finanziamenti
ai progetti interdisciplinari che potrebbero portare a miglioramenti innovativi
nel campo della salute umana . Dal 2000 , le sovvenzioni di Bio - X hanno finanziato 141 collaborazioni di
ricerca che collegano centinaia di facoltà. I progetti hanno prodotto centinaia
di pubblicazioni scientifiche , decine di brevetti e più un ritorno dieci volte
superiore, su fondi di ricerca a Stanford .Ad oggi, il gruppo scansione - sanguigna
è concentrato sullo sviluppo del metodo nei topi , approfittando del tessuto
trasparente sottile dell'orecchio in cui si evidenzia l’immagine di cellule fluorescenti mentre attraversano i piccoli vasi sanguigni
sotto la pelle .Presto i ricercatori sposteranno il microscopio per una regolazione
clinica capace di condurre un test di prova sul principio di questa tecnica in
esseri umani . Gurtner, sta attualmente conducendo uno studio clinico per
valutare il colorante verde approvato dalla FDA per la definizione di
vascolarizzazione della pelle durante la post- mastectomia del seno, quando si
operano interventi di ricostruzione . I
ricercatori stanno per portare in dono questa prova per verificare la capacità del
microscopio in miniatura di rilevare nei vasi sanguigni , le cellule circolanti.