Da li se ogromna citološka raznovrsnost nervnih ćeljija može smestiti u jasne celine, nalik na hemijske elemente u periodnom sistemu?
Usled ogromnog broja neurona u maloj zapremini mozga vrlo je teško odrediti njihove različite tipove i sagledati ih kao pojedinačne elemente s tačno određenim funkcijama. Ono što evolucioni biolozi rade na nivou milijardi vrsta na planeti jeste da konstruišu velika filogenetska stabla koja pokazuju međusobne odnose različitih taksona kroz vreme na osnovu određenih parametara, najčešće dobijenih analizom DNK. Time se dobija potpunija slika i jasnije razumevanje sadašnjeg položaja živih bića. Imajući u vidu da i u mozgu postoje milijarde ćelija, ide se ka mogućnosti njihovog sagledavanja na sličan način i formiranju njihovog porodičnog stabla ili periodnog sistema gde se za svaki ‘element’ tj. nervnu ćeliju precizno poznaju osobine.
Kategorisanje nervnih ćelija, koje je ranije vršeno na osnovu morfoloških ili elektrofizioloških svojstava, bi pomoglo da se bolje razume nervni sistem kao celina. Danas su na osnovu sekvenciranja transkriptoma, skupa transkripata pojedinačnih ćelija, ili DNK, otkriveni brojni tipovi neurona, što je i očekivano s obzirom na složene funkcije nervnog sistema.
Konačno se desilo i to da je jedna metoda omogućila kombinovanje nekadašnjih anatomskih i fizioloških pristupa sa savremenim molekularno biološkim. Ta metoda naziva se patch-seq i primenjena je za taksonomiju ćelija primarnog motornog korteksa odraslog miša.
Metoda patch-seq zasniva se na 3 ključna koraka koji pružaju informacije za kategorisanje ćelija na osnovu građe, električnog zapisa i iRNK. Prvo se nalik na poznatu patch-clamp metodu primenjivanu u elektrofiziologiji za analizu jonskih kanala ćelije, nakon stimulisanja nervne ćelije pravi električni zapis. To omogućava opisivanje njenih elektrofizioloških svojstava. Potom se vrši ekstrakcija nukleusa da bi se odredilo kakvi sve transkripti postoje u ćeliji. Na kraju se ćelije ispunjavaju posebnom bojom, biocitinom, da bi se jasnije opisala njihova morfologija.
Ono što su naučnici sa Alen Instituta pokazali analizirajući primarni motorni korteks odraslog miša primenom ove metode je da glavne transkriptomske familije, grupe nervnih ćelija formirane na osnovu transkriptomskih podataka, imaju vrlo jasna elektrofiziološka svojstva. Te familije se najjasnije odvajaju kada se ukombinuju elektrofiziološka, transkriptomska i morfološka svojstva. Pored toga, moguće je da u okviru transkriptomskih familija morfo-električna varijabilnost ukazuje na nešto iz transkriptoma što nije otkriveno.
Ako bi se svi tipovi nervnih ćelija salgedali kao jedna grana, u okviru nje bi se nalazili listovi – familije, između kojih postoje jasni transkriptomski, morfološki i elektrofiziološki markeri različitosti. Međutim u okviru tih familija tj. listova uočava se kontinualno i korelisano transkriptomsko i morfo-električno variranje osobina. Neka istraživanja pokazuju da je vrlo teško oformiti transkriptomske familije, a samim tim i ‘elemente’ periodnog sistema nervnih ćelija. Problem koji je teško prevazići je i to što ćelije razvijaju svoje karakteristike (fenotip) ne samo na osnovu sopstvenog genetičkog programa, već i sredinskog konteksta u kome se nalaze, tako da je moguće da isti genotip (deo nasledne informacije od interesa) daje različite fenotipove.
Patch-seq tehnika iskorišćena je i za analizu vizuelnog korteksa odraslog miša. Ovog puta je izvršena analiza GABAergičkih neurona zbog njihove duže postojanosti u in vitro uslovima. Već su ranije utvrđene 4 klase ovih ćelija (neuroni koji eksprimiraju receptore za: parvalbumin, somatostatin, VIP (vazoaktivni intestinalni peptid) i serotonin (5-HT. 5-hidroksitriptamin), a sada je pokazano da svaki od 60 t-tipova GABAnergičkih neurona pripada nekoj od ovih klasa tj. njihovim potklasama (korpaste ćelije, Martinotijeve ćelije, žbunaste ćelije, itd.). Ova tehnika je pokazala da se isti i/ili slični t-tipovi neurona nalaze u blizini odnosno, nalaze se u istim laminama moždanog korteksa.
Transkriptomika ukazuje na postojanje diskretnih klasa i famlija, ali morfologija i elektrofiziologija pokazuju da između familija postoji kontinualno variranje parametara i da je vrlo često nemoguće na osnovu električnog zapisa i morfologije izvršiti pouzdanu kategorizaciju ćelija.
Zahvaljujući novoformiranoj bazi podataka, neuronaučnici će imati pristup podacima u vezi s analizom nervnih ćelija.
