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Les aides d'approche d'apprentissage automatique étudient l'hypothalamus humain au niveau unicellulaire

Les organoids d'esprit humain sont les plates-formes remarquables pour modéliser des caractéristiques de développement et de maladies d'esprit humain.

La construction sur des méthodes pour produire des organoids pour modéliser différentes régions du cerveau telles que le cortex et le mésencéphale, chercheurs à l'École de Médecine de Perelman à l'Université de Pennsylvanie ont produit des premiers organoids du noyau arqué (ARC), une structure essentielle dans l'hypothalamus qui envoie des signes de faim et de sensation complètement. La présente partie de l'hypothalamus montre énormément de diversité de cellules, et est bien plus complexe que les parties précédemment modélisées du cerveau.

Dans aujourd'hui publié de papier en cellule souche de cellules, les chercheurs chez Penn enregistrent produire des organoids arqués (ARCOs) ce modèle l'ARC de l'hypothalamus. Les études précédentes ont produit des 2D neurones comme hypothalamique et des organoids 3D hypothalamiques des cellules souche pluripotent causées par l'homme (iPSCs). Cependant, protocole n'a pas précédemment existé pour produire des organoids de noyau-détail d'hypothalamus.

Les chercheurs ont appliqué une approche d'apprentissage automatique et avaient l'habitude des caractéristiques publiées de souris pour prévoir des populations d'ARC dans l'hypothalamus humain au niveau unicellulaire. Boîtiers comparés de chercheurs puis différents des cellules de l'ensemble de données d'ARCO avec les cellules humaines prévues d'ARC dans l'hypothalamus humain néonatal. Utilisant cette approche, ils ont déterminé que la diversité très assimilée de type de cellules de document d'ARCOs et les signatures moléculaires à ceux des arcs humains.

Ce modèle fournit des opportunités d'examiner la croissance foetale humaine précédemment inaccessible du noyau arqué hypothalamique. Pour la première fois, nous avons un atlas de cellule saisit l'hypothalamus humain, qui sera un modèle à comprendre davantage le développement des troubles cérébraux, tels que certaines causes de l'obésité et de l'autisme. »

Guo-Li Ming, DM, PhD, auteur d'étude et professeur supérieurs de la neurologie, École de Médecine, Université de Pennsylvanie

Savoir qu'un dysfonctionnement dans l'hypothalamus peut mener aux troubles tels que le syndrome de Prader-Willi (PWS) - une affection génétique a entraîné par une perte de fonctionnement des gènes spécifiques sur le chromosome 15, en lequel les patients deviennent continuellement affamés, souvent menant à l'obésité et à d'autres complications - les iPSCs produits par chercheurs de deux patients présentant les mutations génétiques connues qui entraînent PWS, et utilisé ceux pour dériver ARCOs.

Elles ont prouvé qu'ARCOs a dérivé des patients avec PWS mettent à jour des signatures de la maladie et de gène de patient-détail. Par exemple, un des types de cellules dans l'ARC est responsable de régler la réaction de leptin, qui règle la ration alimentaire, et on le sait que cette voie fonctionne mal dans les patients avec PWS.

Les chercheurs ont constaté qu'en effet il y a également un dysfonctionnement dans la réaction de leptin et les voies de signalisation dans le PWS ARCO, proposant qui non seulement peut ARCOs récapituler les noyaux uniques en termes de leur diversité de type de cellules et signatures moléculaires, mais ARCOs patient-dérivé peut récapituler certaines signatures de la maladie.

« Notre étude fournit un évolutif, efficace, et le protocole robuste pour produire des organoids d'Arc-détail, qui peuvent être employés pour modéliser des procédés de développement hypothalamiques tôt et des encéphalopathies associées, » Ming indique. « J'attends avec intérêt de futures études avec une plus grande cohorte des donneurs de syndrome de Prader-Willi pour nous aider à améliorer PWS modèle à ARCOs et à comprendre davantage la pathologie potentielle du trouble au cellulaire et aux niveaux moléculaires. »

Source:
Journal reference:

Huang, W-K., et al. (2021) Generation of hypothalamic arcuate organoids from human induced pluripotent stem cells. Cell Stem Cell. doi.org/10.1016/j.stem.2021.04.006.