Los atlases del cerebro humano y del ratón de Allen son proyectos dentro del Instituto Allen para la Ciencia del Cerebro que buscan combinar la genómica con la neuroanatomía mediante la creación de mapas de expresión genética para el cerebro del ratón y del humano . Se iniciaron en septiembre de 2003 con una donación de 100 millones de dólares de Paul G. Allen y el primer atlas se hizo público en septiembre de 2006. [1] Hasta mayo de 2012 , se han publicado siete atlas cerebrales : Atlas del cerebro del ratón, Atlas del cerebro humano, Atlas del cerebro del ratón en desarrollo, Atlas del cerebro humano en desarrollo, Atlas de conectividad del ratón, Atlas de primates no humanos y Atlas de la médula espinal del ratón. [ cita requerida ] También hay tres proyectos relacionados con bancos de datos: Glioblastoma , Diversidad del ratón y Sueño. [ cita requerida ] El Instituto Allen espera que sus hallazgos ayuden a avanzar en varios campos de la ciencia, especialmente aquellos relacionados con la comprensión de las enfermedades neurobiológicas. Los atlas son gratuitos y están disponibles para uso público en línea.[actualizar]
En 2001, Paul Allen reunió a un grupo de científicos, entre ellos James Watson y Steven Pinker , para debatir el futuro de la neurociencia y lo que se podía 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 la expresión genética en el cerebro del ratón sería de gran utilidad para la comunidad de la neurociencia. El proyecto se puso en marcha en 2003 con una donación de 100 millones de dólares por parte de Allen a través del Instituto Allen para la Ciencia del Cerebro . El proyecto utilizó una técnica para mapear la expresión genética desarrollada por Gregor Eichele y colegas del Instituto Max Planck de Química Biofísica en Goettingen, Alemania. La técnica utiliza hibridación in situ colorimétrica para mapear la expresión genética. El proyecto estableció un objetivo de 3 años para finalizar el proyecto y ponerlo a disposición del público.
En diciembre de 2004 se publicó por primera vez el primer atlas, el atlas del cerebro del ratón. Posteriormente, se fueron publicando más datos para este atlas en etapas. El conjunto final 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 aún se está mejorando. Además, otros proyectos, como el atlas del cerebro humano, el desarrollo del cerebro del ratón, el desarrollo del cerebro humano, la conectividad del ratón, el atlas de los primates no humanos y el atlas de la médula espinal del ratón, se están desarrollando a través del Instituto Allen de Ciencias del Cerebro en conjunto con el Atlas del Cerebro del Ratón de Allen.
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. En primer lugar, 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 enfermedades neurobiológicas como el Parkinson , el Alzheimer y el autismo con su mapeo de la expresión genética en todo el cerebro. Los proyectos del Atlas Cerebral 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 multidisciplinaria. De este modo, cualquier científico de cualquier disciplina puede observar los hallazgos y tenerlos en cuenta al diseñar sus propios experimentos. También está disponible para el público la aplicación Brain Explorer.
El Instituto Allen de Ciencias del Cerebro utiliza una filosofía basada en proyectos para sus investigaciones. Cada atlas cerebral se centra en su propio proyecto, formado por su propio equipo de investigadores. Para completar un atlas, cada equipo de investigación recopila y sintetiza imágenes cerebrales, datos médicos, información genética y datos psicológicos. Con esta información, pueden construir la arquitectura bioquímica tridimensional del cerebro y determinar qué proteínas se expresan en determinadas partes del cerebro. Para reunir los datos necesarios, los científicos del Instituto Allen utilizan diversas técnicas. Una de ellas implica el uso de cerebros post mortem y tecnología de escaneo cerebral para descubrir en qué partes del cerebro se activan y desactivan los genes. Otra técnica, denominada hibridación in situ o ISH, se utiliza para ver los patrones de expresión genética como imágenes de hibridación in situ.
En los Atlas del Cerebro, estas imágenes y gráficos digitales ISH en 3D revelan, en color, las regiones donde se expresa un gen determinado. En el Explorador del Cerebro, se puede buscar y seleccionar cualquier gen, lo que da como resultado una imagen in situ que se puede manipular y explorar fácilmente. Parte de la creación de esta base de datos de expresión genética centrada en la anatomía incluye la alineación de los datos ISH de cada gen con un espacio de coordenadas tridimensional a través del registro con un atlas de referencia creado para el proyecto. [2]
Los diferentes tipos de células del sistema nervioso central se originan a partir de una expresión genética variable . Un mapa de la expresión genética en el cerebro permite a los investigadores correlacionar formas y funciones. El Atlas cerebral de Allen permite a los investigadores ver las áreas de expresión diferente en el cerebro, lo que permite ver las conexiones neuronales en todo el cerebro. La visualización de estas vías a través de la expresión genética diferente, así como las técnicas de imágenes funcionales, permite a los investigadores correlacionar la expresión genética, los tipos de células y la función de las vías en relación con los comportamientos o fenotipos.
Aunque la mayoría de las investigaciones se han realizado en ratones, el 90% de los genes de los ratones tienen una contraparte en los humanos. Esto hace que el Atlas sea particularmente útil para modelar enfermedades neurológicas. Los patrones de expresión genética en individuos normales proporcionan un estándar para comparar y comprender fenotipos alterados. Ampliar la información aprendida 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 generales y estos datos podrían arrojar luz sobre el papel del gen particular en el trastorno.
El sitio web Allen Brain Atlas contiene un explorador cerebral interactivo en 3D que se puede descargar. El explorador es básicamente 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 vías utilizando esta aplicación conectando regiones que coexpresan un gen determinado. El explorador utiliza una escala multicolor y contiene múltiples planos del cerebro que permiten a los espectadores ver las diferencias en densidad y nivel de expresión. Las imágenes son una composición de muchas muestras promediadas, por lo que es útil para comparar con individuos con una expresión genética anormalmente baja.
El Atlas del cerebro del ratón de Allen es un mapa completo del genoma del cerebro del ratón adulto que revela dónde se expresa cada gen. [3] El atlas del cerebro del ratón fue el proyecto original del Atlas del cerebro de Allen y se terminó en 2006. El objetivo del atlas es ayudar al desarrollo de la investigación en neurociencia. La esperanza del proyecto es que permita a los científicos comprender mejor las enfermedades y trastornos cerebrales como el autismo y la depresión . [1]
El Atlas del Cerebro Humano de Allen se hizo público en mayo de 2010. Fue el primer mapa tridimensional anatómica y genómicamente completo del cerebro humano. [4] El atlas se creó para mejorar la investigación en muchos campos de investigación de la neurociencia, incluida la neurofarmacología, la imagenología del cerebro humano, la genética humana, la neuroanatomía, la genómica y más. El atlas también está orientado a promover la investigación sobre trastornos de salud mental y lesiones cerebrales como la enfermedad de Alzheimer , el autismo, la esquizofrenia y la adicción a las drogas .
El Atlas del cerebro del ratón en desarrollo de Allen es un atlas que rastrea la expresión genética a lo largo del desarrollo del cerebro de un ratón C57BL/6. El proyecto comenzó en 2008 y actualmente está en curso. El atlas se basa en imágenes por resonancia magnética (IRM). Rastrea el crecimiento, la materia blanca , la conectividad y el desarrollo del cerebro del ratón C57BL/6 desde el día embrionario 12 hasta el día posnatal 80. [5] 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 plantean amenazas especiales para los niños y las madres embarazadas.
El Atlas de conectividad cerebral del ratón Allen se lanzó en noviembre de 2011. [6] A diferencia de otros atlas del Instituto Allen, este atlas se centra en la identificación de los circuitos neuronales que rigen el comportamiento y la función cerebral. Estos circuitos neuronales son responsables 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 los trastornos cerebrales, como la enfermedad de Parkinson y la depresión. [7]
El Atlas de la médula espinal del ratón Allen, presentado en julio de 2008, fue el primer mapa de la médula espinal del ratón que abarca todo el genoma jamás construido. El atlas de la médula espinal es un mapa de la expresión génica en la médula espinal de ratones negros C57 adultos y jóvenes. La presentación inicial incluía datos de 2000 genes y una sección de referencia anatómica. Un plan para el futuro incluye la ampliación de 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 la enfermedad de Lou Gehrig y la atrofia muscular espinal. El proyecto fue financiado por una serie de donantes, entre ellos el Instituto de Investigación Allen, la Fundación de Investigación de Veteranos Paralizados de Estados Unidos , la Asociación de ELA , Wyeth Research , PEMCO Insurance, la Sociedad Nacional de Esclerosis Múltiple , el International Spinal Research Trust y muchas otras organizaciones, fundaciones, donantes corporativos y privados. [8]
