Кіріспе

Алленнің тышқан және адам миының атластары – бұл Ален Ми ғылымдары институтындағы жобалар, олар тышқан мен адам миының гендік экспрессия карталарын жасау арқылы геномиканы нейроанатомиямен біріктіруді мақсат етеді. Олар 2003 жылдың қыркүйегінде Пол Г. Алленнің 100 миллион долларлық қайырымдауымен басталып, алғашқы атлас 2006 жылдың қыркүйегінде жарияланды. 2012 жылдың мамыр айына дейін жеті ми атласы жарық көрді: Тышқан миының атласы, Адам миының атласы, Дамып келе жатқан тышқан миының атласы, Дамып келе жатқан адам миының атласы, Тышқан миының байланыс атласы, Адам емес приматтардың атласы және Тышқан омыртқа миының атласы. Деректер базасы бар үш туысқан жоба да бар: Глиобластома, Тышқанның түрлері және Ұйқы. Ален институтының үміті – олардың нәтижелері ғылымның түрлі салаларын, әсіресе нейробиологиялық ауруларды түсінуді дамытуға көмектеседі. Атластар тегін және онлайн қолжетімді.

Тарих

2001 жылы Пол Аллен Джеймс Уотсон мен Стивен Пинкерді қоса алған ғалымдар тобын жинап, нейроғылымның болашағы мен нейроғылым зерттеулерін жақсарту үшін не істеуге болатынын талқылады (Jones 2009). Осы кездесулер барысында Калифорния технология институтының Дэвид Андерсон тышқан миындағы гендік экспрессияның үш өлшемді атласы нейроғылым қауымдастығы үшін зор пайда әкелер еді деген идеяны ұсынды. Жоба 2003 жылы Алленнің 100 миллион долларлық қайырымдылығы арқылы Ми ғылымы институты арқылы іске қосылды. Жобада Грегор Эйхеле және Германиядағы Геттинген қаласындағы Макс Планк биофизикалық химия институтының әріптестері әзірлеген гендік экспрессияны картаға түсіру әдісі қолданылды. Бұл әдіс гендік экспрессияны карталау үшін колориметриялық in situ гибридтеуді пайдаланады. Жобаны үш жылдың ішінде аяқтау және оны көпшілікке қолжетімді ету мақсаты қойылды. Алғашқы атлас, тышқан миының атласы, 2004 жылдың желтоқсан айында жарияланды. Кейіннен осы атласқа қосымша мәліметтер кезең-кезеңмен жарияланды. Соңғы геномдық деректер жиынтығы 2006 жылдың қыркүйегінде жарияланды. Дегенмен, атластың соңғы жариялануы жобаның соңы болған жоқ; Атлас әлі де жетілдірілуде. Сондай-ақ, Адам миының атласы, тышқан миының дамуы, Адам миының дамуы, тышқанның байланыстары, адам емес приматтардың атласы және тышқанның жұлын атласы сияқты басқа жобалар да Ми ғылымы институты арқылы Тышқан миының Аллен атласымен бірлесіп әзірленуде.

Жобаның мақсаттары

Аллен институтының барлық жобаларының басты мақсаты мен ұраны – "жаңалықтарды қозғау". Жоба осы мақсатқа жетуге және ғылымды бірнеше жолмен дамытуға тырысады. Біріншіден, гендер мен мидың қызметі арасындағы байланысты жақсырақ түсіну үшін ми атластарын жасайды. Мидағы гендердің экспрессиясын картаға түсіру арқылы Паркинсон, Альцгеймер және аутизм сияқты нейробиологиялық жағдайлар туралы зерттеулер мен білімді жетілдіруді көздейді. Ми атласы жобалары да "Аллен институтының" ұранына сай келіп, деректер мен нәтижелерді ашық түрде жариялайды. Бұл саясат институттың тағы бір мақсатына байланысты: ынтымақтастық және көп салалы зерттеулер. Осылайша, кез келген ғылым саласының маманы осы нәтижелерді қарастырып, өз тәжірибелерін жоспарлау кезінде ескере алады. Сонымен қатар, Brain Explorer қолданбасы да қолжетімді.

Зерттеу әдістері

Алленнің ми туралы ғылым институты зерттеулерінде жобалық философияны қолданады. Әр ми атласы өз жобасына және зерттеушілер тобына негіделген. Атласты аяқтау үшін әр зерттеу тобы мидың сканерлеу нәтижелерін, медициналық деректерді, генетикалық ақпаратты және психологиялық деректерді жинап, синтездейді. Осы ақпаратты пайдалана отырып, олар мидың 3D биохимиялық құрылымын жасайды және мидың белгілі бір бөліктерінде қандай белоктар экспрессияланатынын анықтайды. Аллен институтының ғалымдары қажетті деректерді алу үшін әртүрлі техникаларды қолданады. Бір техника – мидың қай жерінде гендер белсенділігіне кірісіп, қай жерде өшірілгенін анықтау үшін постмортомды миды сканерлеу технологиясын пайдалану. Тағы бір техника, ин-ситу гибридтеу (ISH) деп аталады, ол гендік экспрессия үлгілерін ин-ситу гибридтеу кескіндері арқылы көруге мүмкіндік береді. Ми атластарындағы осы 3D ISH цифрлық кескіндері мен графиктері белгілі бір геннің экспрессияланған аймақтарын түсті түрде көрсетеді. Brain Explorer-де кез келген генді іздеуге және таңдауға болады, нәтижесінде ин-ситу кескіні оңай өңделіп, зерттелуге қолайлы форматта пайда болады. Бұл анатомияға бағытталған ген экспрессиясының дерекқорын құрудың бір бөлігі болып, әр ген үшін ISH деректерін үш өлшемді координаттық кеңістікке жобаға арналған анықтамалық атласқа тіркеу арқылы сәйкестендіруді қамтиды.

Нейробиологиялық ғылымға қосқан үлесі

Орталық жүйке жүйесіндегі әртүрлі жасушалар түрлі гендік экспрессиядан пайда болады. Мидағы гендік экспрессияның картасы зерттеушілерге түрлер мен функцияларды салыстыруға мүмкіндік береді. Алленнің ми атласы зерттеушілерге мидағы экспрессияның өзгеше аймақтарын қарауға мүмкіндік береді, бұл мидағы нейрондық байланыстарды көруге жол ашады. Түрлі гендік экспрессия және функционалдық бейнелеу техникалары арқылы осы жолдарды қарастыру зерттеушілерге гендік экспрессия, жасуша түрлері және жол функциясы арасындағы байланысты мінез-құлық немесе фенотиптермен сәйкестендіруге мүмкіндік береді. Зерттеулердің көп бөлігі егеуқұйрықтарда жүргізілгенімен, егеуқұйрықтардың 90% гені адамдарда да кездеседі. Бұл атласты неврологиялық ауруларды модельдеу үшін өте пайдалы етеді. Сау адамдардың гендік экспрессия үлгілері өзгерген фенотиптерді салыстыру және түсіну үшін эталон болып табылады. Егеуқұйрықтардағы аурулардан алынған мәліметтерді кеңейту адамның неврологиялық ауруларын жақсырақ түсінуге көмектеседі. Атлас неврологиялық ауруларда қай гендер мен нақты аймақтарға әсер ететінін көрсетуге мүмкіндік береді; аурудағы геннің қызметін жалпы экспрессия үлгілерімен бірге бағалауға болады, және бұл деректер аурудағы белгілі бір геннің қызметін анықтауға көмектеседі.

Ми зерттеушісі

Алленнің ми атласы сайтында жүктеліп алуға болатын 3D интерактивті Ми зерттеушісі бар. Бұл зерттеуші, негізінен, гендік экспрессияның орналасқан жерлерін іздеу жүйесі болып табылады; бұл әсіресе ұқсас гендерді экспрессиялайтын аймақтарды табуға өте ыңғайлы. Пайдаланушылар осы қосымшаны қолдана отырып, белгілі бір генді бірге экспрессиялайтын аймақтарды байланыстыра отырып, желілер мен жолдарды анықтай алады. Зерттеуші көп түсті шкала қолданады және көрермендерге тығыздық пен экспрессия деңгейінің айырмашылықтарын көруге мүмкіндік беретін мидың әртүрлі жазықтықтарын қамтиды. Кескіндер көптеген орташа үлгілердің жиынтығынан жасалған, сондықтан бұл, геналық экспрессиясы қалыптыдан төмен адамдармен салыстыру үшін пайдалы.

Тышқанның миы

Алленнің тышқан миының атласы – ересек тышқан миының геномдық картасы, ол әрбір геннің қайда экспрессияланатынын көрсетеді. Тышқан миының атласы Аллен миының атласы жобасының бастапқы нұсқасы болып табылады және 2006 жылы аяқталды. Атластың мақсаты – нейроғылымдағы зерттеулерді дамытуға көмектесу. Жобаның күтілетін нәтижесі – ғалымдарға аутизм және депрессия сияқты ми аурулары мен бұзылыстарын жақсырақ түсінуге мүмкіндік беру. Атлас нейрофармакология, ми бейнелеу, адам генетикасы, нейроанатомия, геномика сияқты нейроғылым салаларындағы зерттеулерді жетілдіру үшін құрылды. Сондай-ақ, атлас психикалық денсаулық бұзылыстары мен мидың зақымдануы, мысалы, Альцгеймер ауруы, аутизм, шизофрения және нашақорлық туралы зерттеулерді одан әрі дамытуға бағытталған.

Тышқанның миын дамыту

Алленнің дамитын егеуқұйрық миының атласы – C57BL/6 егеуқұйрық миының дамуы кезінде гендік экспрессияны қадағалайтын атлас. Жоба 2008 жылы басталды және қазірге дейін жалғасуда. Атлас магниттік-резонанстық томография (МРТ) негізінде құрылған. Ол C57BL/6 егеуқұйрық миының эмбрионалдық 12-ші күнінен бастап, туғаннан кейінгі 80-ші күнге дейінгі өсуін, ақ затты, байланыстарын және дамуын көрсетеді. Бұл атлас нейроғалымдарға ластағыштар мен генетикалық мутациялардың ми дамуына қалай әсер ететінін зерттеуге көмектеседі. Осылайша, атлас балалар мен жүкті аналар үшін қандай улар ерекше қауіпті екенін анықтауға пайдаланылуы мүмкін.

Тышқанның миын байланыстыру

Аллен тышқан миының байланыс атласы 2011 жылдың қараша айында іске қосылды. Аллен институтының басқа атластарынан өзгеше, бұл атлас мінез-құлықты және мидың қызметін басқаратын нейрондық тізбектерді анықтауға бағытталған. Осы нейрондық тізбектер мінез-құлық және қабылдау сияқты функциялар үшін жауапты. Бұл карта ғалымдарға мидың қалай жұмыс істейтінін және Паркинсон ауруы мен депрессия сияқты ми аурулары мен бұзылыстарының себептерін жақсырақ түсінуге көмектеседі.

Тышқанның омыртқа миы

2008 жылдың шілдесінде жарияланған "Аллен тышқан омыртқа миының атласы" – тышқан омыртқа миының геномдық картасы жасалған алғашқы жоба. Омыртқа миының атласы – ересек және жас C57 қара тышқандарының омыртқа миындағы геномдық гендік экспрессияның картасы. Алғашқы жарияланымда 2000 геннің мәліметтері және анатомиялық анықтама бөлімі ұсынылды. Болашақ жоспарларында омыртқа миының толық ұзындығын қамтитын 20 000-ға жуық генге дейін мәліметтер көлемін ұлғайту қарастырылып отыр. Омыртқа миының атласының мақсаты – омыртқа миының жарақаты, аурулары және Лу Гериг ауруы мен жұлындық атрофия сияқты бұзылыстарды емдеу зерттеулерін жетілдіру. Жоба Аллен зерттеу институты, Американың параличпен ауыратын ардагерлерінің ғылыми-зерттеу қоры, АЛС қауымдастығы, Wyeth зерттеулері, PEMCO сақтандыру компаниясы, Ұлттық көптік склероз қоғамы, Халықаралық омыртқа зерттеу қоры және көптеген басқа ұйымдар, қорлар, корпоративтік және жеке донорлардың қаржылық қолдауымен жүзеге асырылуда.