Allen Gehirnatlas - Allen Brain Atlas

Die Atlanten der Allen Maus und des menschlichen Gehirns sind Projekte innerhalb des Allen Institute for Brain Science , die darauf abzielen , Genomik mit Neuroanatomie zu kombinieren , indem Genexpressionskarten für das Maus - und das menschliche Gehirn erstellt werden . Sie wurden im September 2003 mit einer Spende von 100 Millionen US-Dollar von Paul G. Allen initiiert und der erste Atlas wurde im September 2006 veröffentlicht. Bis Mai 2012 wurden sieben Gehirnatlanten veröffentlicht: Mouse Brain Atlas, Human Brain Atlas, Developing Mouse Brain Atlas , Entwicklung des Human Brain Atlas, Mouse Connectivity Atlas, Non-Human Primate Atlas und Mouse Spinal Cord Atlas. Es gibt auch drei verwandte Projekte mit Datenbanken: Glioblastoma, Mouse Diversity und Sleep. Das Allen Institute hofft, dass ihre Erkenntnisse dazu beitragen, verschiedene Wissenschaftsgebiete voranzubringen, insbesondere solche, die das Verständnis neurobiologischer Erkrankungen betreffen. Die Atlanten sind kostenlos und zur öffentlichen Nutzung online verfügbar.

Geschichte

2001 versammelte Paul Allen eine Gruppe von Wissenschaftlern, darunter James Watson und Steven Pinker , um über die Zukunft der Neurowissenschaften zu diskutieren und was getan werden könnte, um die neurowissenschaftliche Forschung zu verbessern (Jones 2009). Während dieser Treffen schlug David Anderson vom California Institute of Technology die Idee vor, dass ein dreidimensionaler Atlas der Genexpression im Mausgehirn für die neurowissenschaftliche Gemeinschaft von großem Nutzen sein würde. Das Projekt wurde 2003 mit einer 100-Millionen-Dollar-Spende von Allen durch das Allen Institute for Brain Science in Gang gesetzt . Das Projekt nutzte eine von Gregor Eichele und Kollegen am Max-Planck- Institut für biophysikalische Chemie in Göttingen entwickelte Technik zur Kartierung der Genexpression . Die Technik verwendet kolorimetrische in situ-Hybridisierung , um die Genexpression zu kartieren. Das Projekt hat sich das 3-Jahres-Ziel gesetzt, das Projekt abzuschließen und der Öffentlichkeit zugänglich zu machen.

Eine erste Veröffentlichung des ersten Atlas, des Maus-Hirn-Atlas, erfolgte im Dezember 2004. Anschließend wurden schrittweise weitere Daten für diesen Atlas veröffentlicht. Der endgültige genomweite Datensatz wurde im September 2006 veröffentlicht. Die endgültige Veröffentlichung des Atlas war jedoch nicht das Ende des Projekts; der Atlas wird noch verbessert. Auch andere Projekte, darunter der Atlas des menschlichen Gehirns, die Entwicklung des Mausgehirns, die Entwicklung des menschlichen Gehirns, die Konnektivität von Mäusen, der Atlas für nicht-menschliche Primaten und der Atlas des Rückenmarks der Maus, werden durch das Allen Institute for Brain Science in Verbindung mit dem Allen Mouse Brain entwickelt Atlas.

Ziele für das Projekt

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Allen Institute for Brain Science

Das übergreifende Ziel und Motto aller Allen Institute-Projekte lautet „Fueling Discovery“. Das Projekt ist bestrebt, dieses Ziel zu erreichen und die Wissenschaft in vielerlei Hinsicht voranzubringen. Erstens erstellen sie Gehirnatlanten, um die Zusammenhänge zwischen Genen und Gehirnfunktionen besser zu verstehen. Sie zielen darauf ab, die Forschung und das Wissen über neurobiologische Erkrankungen wie Parkinson , Alzheimer und Autismus mit ihrer Kartierung der Genexpression im gesamten Gehirn voranzutreiben . Auch die Hirnatlas-Projekte folgen mit ihrer offenen Veröffentlichung von Daten und Erkenntnissen dem Motto „Allen Institute“. Diese Politik hängt auch mit einem anderen Ziel des Instituts zusammen: der kollaborativen und multidisziplinären Forschung. So kann sich jeder Wissenschaftler aller Disziplinen die Erkenntnisse ansehen und bei der Gestaltung eigener Experimente berücksichtigen. Der Öffentlichkeit steht auch die Anwendung Brain Explorer zur Verfügung.

Forschungstechniken

Das Allen Institute for Brain Science verwendet für seine Forschung eine projektbasierte Philosophie. Jeder Gehirnatlas konzentriert sich auf ein eigenes Projekt, das aus einem eigenen Forscherteam besteht. Um einen Atlas zu vervollständigen, sammelt und synthetisiert jedes Forschungsteam Gehirnscans, medizinische Daten, genetische Informationen und psychologische Daten. Mit diesen Informationen sind sie in der Lage, die biochemische 3-D-Architektur des Gehirns zu konstruieren und herauszufinden, welche Proteine ​​in bestimmten Teilen des Gehirns exprimiert werden. Um die benötigten Daten zu sammeln, verwenden Wissenschaftler des Allen Institute verschiedene Techniken. Eine Technik beinhaltet die Verwendung von postmortalen Gehirnen und Gehirnscanning-Technologie, um herauszufinden, wo im Gehirn Gene ein- und ausgeschaltet werden. Eine andere Technik, die in situ-Hybridisierung oder ISH genannt wird, wird verwendet, um Genexpressionsmuster als in situ-Hybridisierungsbilder anzuzeigen.

Innerhalb der Gehirnatlanten zeigen diese digitalen 3D-ISH-Bilder und -Grafiken in Farbe die Regionen, in denen ein bestimmtes Gen exprimiert wird. Im Brain Explorer kann jedes beliebige Gen gesucht und ausgewählt werden, was dazu führt, dass das in situ-Bild als leicht manipulierbare und erkundete Art und Weise erscheint. Ein Teil der Erstellung dieser anatomischen Datenbank zur Genexpression umfasst den Abgleich der ISH-Daten für jedes Gen mit einem dreidimensionalen Koordinatenraum durch Registrierung mit einem für das Projekt erstellten Referenzatlas.

Beiträge zur Neurowissenschaft

Die verschiedenen Zelltypen im Zentralnervensystem stammen aus unterschiedlicher Genexpression . Eine Karte der Genexpression im Gehirn ermöglicht es Forschern, Formen und Funktionen zu korrelieren. Der Allen Brain Atlas ermöglicht es Forschern, die Bereiche unterschiedlicher Expression im Gehirn anzuzeigen, was die Anzeige neuronaler Verbindungen im gesamten Gehirn ermöglicht. Die Betrachtung dieser Pfade durch unterschiedliche Genexpression sowie funktionelle Bildgebungstechniken ermöglicht es Forschern, zwischen Genexpression, Zelltypen und Signalwegfunktion in Bezug auf Verhaltensweisen oder Phänotypen zu korrelieren.

Obwohl der Großteil der Forschung an Mäusen durchgeführt wurde, haben 90% der Gene bei Mäusen ein Gegenstück beim Menschen. Dies macht den Atlas besonders nützlich für die Modellierung neurologischer Erkrankungen. Die Genexpressionsmuster bei normalen Individuen bieten einen Standard für den Vergleich und das Verständnis veränderter Phänotypen. Die Erweiterung der aus Mauskrankheiten gewonnenen Informationen wird zu einem besseren Verständnis der neurologischen Erkrankungen des Menschen beitragen. Der Atlas kann zeigen, welche Gene und bestimmte Bereiche bei neurologischen Erkrankungen betroffen sind; die Wirkung eines Gens bei einer Krankheit kann in Verbindung mit allgemeinen Expressionsmustern bewertet werden, und diese Daten könnten Aufschluss über die Rolle des jeweiligen Gens bei der Erkrankung geben.

Gehirnforscher

Die Allen Brain Atlas-Website enthält einen herunterladbaren interaktiven 3D-Gehirn-Explorer. Der Explorer ist im Wesentlichen eine Suchmaschine für Orte der Genexpression; dies ist besonders nützlich, um Regionen zu finden, die ähnliche Gene exprimieren. Benutzer können mit dieser Anwendung Netzwerke und Pfade beschreiben, indem sie Regionen verbinden, die ein bestimmtes Gen koexprimieren. Der Explorer verwendet eine mehrfarbige Skala und enthält mehrere Ebenen des Gehirns, die es dem Betrachter ermöglichen, Unterschiede in der Dichte und dem Ausdrucksniveau zu sehen. Die Bilder sind aus vielen gemittelten Proben zusammengesetzt, so dass sie beim Vergleich mit Individuen mit ungewöhnlich niedriger Genexpression nützlich sind.

Atlanten

Maus Gehirn

Der Allen Mouse Brain Atlas ist eine umfassende genomweite Karte des erwachsenen Mausgehirns, die aufzeigt, wo jedes Gen exprimiert wird. Der Maushirnatlas war das ursprüngliche Projekt des Allen Brain Atlas und wurde 2006 fertiggestellt. Der Atlas soll die Entwicklung der neurowissenschaftlichen Forschung unterstützen. Die Hoffnung des Projekts ist , Wissenschaftlern ein besseres Verständnis von Erkrankungen und Störungen des Gehirns wie Autismus und Depression zu ermöglichen .

Menschliches Gehirn

Der Allen Human Brain Atlas wurde im Mai 2010 veröffentlicht. Es war die erste anatomisch und genomisch umfassende dreidimensionale Karte des menschlichen Gehirns. Der Atlas wurde erstellt, um die Forschung in vielen neurowissenschaftlichen Forschungsbereichen zu verbessern, darunter Neuropharmakologie, Bildgebung des menschlichen Gehirns, Humangenetik, Neuroanatomie, Genomik und mehr. Der Atlas ist auch darauf ausgerichtet, die Erforschung von psychischen Erkrankungen und Hirnverletzungen wie Alzheimer , Autismus, Schizophrenie und Drogensucht voranzutreiben .

Entwicklung des Mausgehirns

Der Allen Developing Mouse Brain Atlas ist ein Atlas, der die Genexpression während der Entwicklung eines C57BL/6-Mausgehirns verfolgt. Das Projekt begann 2008 und läuft derzeit. Der Atlas basiert auf der Magnetresonanztomographie (MRT). Er verfolgt das Wachstum, die weiße Substanz , die Konnektivität und die Entwicklung des Gehirns der C57BL/6- Maus vom embryonalen Tag 12 bis zum postnatalen Tag 80. Dieser Atlas verbessert die Fähigkeit von Neurowissenschaftlern, zu untersuchen, wie Schadstoffe und genetische Mutationen die Entwicklung des Gehirns beeinflussen. So kann der Atlas verwendet werden, um zu bestimmen, welche Toxine eine besondere Bedrohung für Kinder und schwangere Mütter darstellen.

Maus-Gehirn-Konnektivität

Der Allen Mouse Brain Connectivity Atlas wurde im November 2011 veröffentlicht. Im Gegensatz zu anderen Atlanten des Allen Institute konzentriert sich dieser Atlas auf die Identifizierung neuronaler Schaltkreise, die das Verhalten und die Gehirnfunktion steuern. Diese neuronalen Schaltkreise sind für Funktionen wie Verhalten und Wahrnehmung verantwortlich. Diese Karte wird es Wissenschaftlern ermöglichen, weiter zu verstehen, wie das Gehirn funktioniert und was Gehirnerkrankungen und -störungen wie Parkinson und Depressionen verursacht.

Maus-Rückenmark

Der im Juli 2008 vorgestellte Allen Mouse Spinal Cord Atlas war die erste genomweite Karte des Maus-Rückenmarks, die jemals erstellt wurde. Der Rückenmarksatlas ist eine Karte der genomweiten Genexpression im Rückenmark von erwachsenen und juvenilen schwarzen C57-Mäusen. Die anfängliche Enthüllung umfasste Daten für 2.000 Gene und einen anatomischen Referenzabschnitt. Ein Plan für die Zukunft sieht vor, die Datenmenge auf etwa 20.000 Gene auszuweiten, die sich über die gesamte Länge des Rückenmarks erstrecken.

Ziel des Rückenmarkatlas ist es, die Forschung zur Behandlung von Rückenmarksverletzungen, -erkrankungen und -störungen wie Lou-Gehrig-Krankheit und spinaler Muskelatrophie zu verbessern. Das Projekt wurde von einer Reihe von Spendern finanziert, darunter das Allen Research Institute, die Paralyzed Veterans of America Research Foundation, die ALS Association , Wyeth Research , die PEMCO Insurance, die National Multiple Sclerosis Society , der International Spinal Research Trust und viele andere Organisationen, Stiftungen, Unternehmen und private Spender.

Siehe auch

Verweise

Externe Links