Folosind tehnica de secvenţiere a unei singure celule, cercetătorii brazilieni au creat primul atlas celular al displaziei corticale focale (FCD), o malformaţie a cortexului cerebral care duce la epilepsie rezistentă la medicamente. Aceste cazuri sunt cele mai frecvente la copii şi adolescenţi, reprezentând până la 50% din operaţiile de epilepsie în această grupă de vârstă.
Epilepsia, o boală neurologică cronică, afectează aproximativ 50 de milioane de persoane din întreaga lume, conform Organizaţiei Mondiale a Sănătăţii (OMS).
În Brazilia, se estimează că există 2 milioane de cazuri. Anul trecut, cel mai mare studiu din lume, publicat vreodată pe această temă, a dezvăluit un fel de „arhitectură genetică” a bolii, identificând 26 de zone ale genomului asociate cu această afecţiune.
Cu ajutorul atlasului a fost posibilă caracterizarea diferitelor tipuri de celule prezente în leziunea cerebrală şi determinarea celor care sunt implicate în boală. Rezultatul deschide calea pentru dezvoltarea de noi tratamente specifice pentru acest tip de displazie.
Mecanismele moleculare responsabile de crizele epileptice la pacienţii cu FCD sunt puţin cunoscute. Persoanele cu cazuri severe pot avea între 40 şi 50 de crize pe zi, cu pierderea stării de conştienţă. Atunci când medicamentele nu reuşesc să controleze convulsiile, intervenţia chirurgicală este o opţiune, dar aceasta implică riscuri, cum ar fi probleme de vedere, auz şi vorbire.
Într-un studiu publicat în revista iScience, cercetătorii au reuşit să cartografieze la rezoluţie celulară atât modificările transcripţionale - implicate în procesul de transformare a ADN-ului în ARN mesager („reţeta” pentru producerea proteinelor) - cât şi modificările epigenetice (modificarea expresiei genelor prin procese biochimice fără modificarea secvenţei ADN). Aceste mecanisme reglează modul în care genele sunt activate sau dezactivate pentru a produce proteine şi alte molecule funcţionale, cunoscut sub numele de expresie genică.
Studiul a identificat, de asemenea, subpopulaţii de neuroni, microglii şi astrocite implicate în boală. Acest grup de celule formează cortexul cerebral şi asigură funcţionarea, protecţia şi adaptarea sistemului nervos.
Cercetarea a identificat o populaţie neuronală specifică la pacienţii cu FCD, caracterizată prin exprimarea neurofilamentului NEFM+ (o proteină neuronală), care include aşa-numiţii neuroni dismorfici. Acestea sunt celule anormale găsite în cortexul acestor pacienţi care sunt responsabile de sinapsele alterate care provoacă crize epileptice.
În ceea ce priveşte microglia (celulele sistemului imunitar localizate în creier), au fost descoperite două subpopulaţii, denumite CD74+ şi CD83+. Acestea pot fi asociate cu activarea imunitară şi neuroinflamaţia.
„Folosind o tehnică genomică avansată, am obţinut o imagine celulară şi, prin urmare, extrem de detaliată a acestei malformaţii cerebrale. Am identificat modificări celulare profunde în cortexul acestor pacienţi, inclusiv pierderea neuronilor în straturile superioare, precum şi astrocite imature şi populaţii de microglie extinse în leziuni şi asociate cu inflamaţia. Acest atlas celular este de mare importanţă pentru înţelegerea mecanismelor şi căutarea de terapii specifice care pot viza celulele identificate”, explică biologul computaţional Diogo Veiga, autor corespondent al articolului şi cercetător la facultatea de ştiinţe medicale a Universităţii de Stat din Campinas (FCM-UNICAMP), şi face parte din echipa Institutului Brazilian de Neuroştiinţe şi Neurotehnologie (BRAINN). într-un comunicat.
În activitatea care a început în 2021, grupul a generat un set de date de 61.525 de celule unice din 11 probe clinice de leziuni de displazie corticală focală obţinute de la pacienţi supuşi unei intervenţii chirurgicale şi de la controale. Secvenţierea celulelor unice este o tehnică avansată de biologie moleculară care permite analizarea individuală a materialului genetic (ADN sau ARN), oferind o imagine detaliată a eterogenităţii celulare şi dezvăluind caracteristici mult mai specifice ale leziunilor studiate.
Una dintre provocări a fost analizarea cantităţii de date.
„Am petrecut mult timp dezvoltând fluxul de lucru computaţional şi testând diferite abordări pentru a putea identifica aceste subpopulaţii asociate cu boala”, spune Veiga.
Cercetarea a fost prezentată la evenimente naţionale şi internaţionale, inclusiv la Simpozionul Human Cell Atlas Latin America din iulie 2024, care a reunit cercetători din domeniul genomicii celulelor unice.
Pentru a spori cunoştinţele pe această temă în Brazilia, cercetătorii au organizat evenimentul „Fuziunea omică unicelulară: Navigând în spaţiul omicelor în cercetarea biomedicală” în noiembrie anul trecut. Atelierul a marcat lansarea Omice la nivel unicelular şi spaţial (Single-Cell and Spatial Omics) Brazil, o comunitate ştiinţifică dedicată promovării colaborării şi avansării acestui domeniu în ţară - omice sunt tehnologii de mare putere utilizate pentru analiza holistică a moleculelor care alcătuiesc celulele organismelor vii; de exemplu, genomica reprezintă studiul întregului genom, iar proteomica analizează întregul set de proteine dintr-o probă biologică.
Neuronii dismorfici (stânga) şi celulele în formă de balon (dreapta) sunt asociate cu displazia corticală focală. Credit: BRAINN/UNICAMP
Etapele următoare
Rezultatele studiului au fost încorporate în baza de date celulară CellxGene, care face parte din Consorţiul Atlasului celulelor umane (Human Cell Atlas). Fondat în 2016, consorţiul are peste 3.000 de membri din 99 de ţări, reunind biologi, clinicieni, tehnologi, fizicieni, informaticieni, ingineri software şi matematicieni. Brazilia este singura ţară din America Latină reprezentată prin BRAINN.
Ca urmare, alte grupuri pot utiliza aceste date pentru cercetare şi pot încerca să găsească tratamente mai bine direcţionate pentru displazia corticală focală.
„Acest tip de partajare a datelor este esenţial astăzi pentru accelerarea progreselor în cercetarea medicală. Noi punem la dispoziţie date generate din bani publici, returnând investiţia societăţii în beneficiul tuturor”, spune Lopes-Cendes.
Veiga spune că grupul său foloseşte acum aceeaşi tehnică unicelulară pentru a studia dezvoltarea creierului la sugari şi un alt tip de displazie, pentru a vedea dacă există similitudini.
