Исследователи из Швейцарской высшей технической школы Лозанны (EPFL) составили детальную карту распределения липидов в головном мозге мышей. Эти жировые молекулы формируют оболочки нейронов, участвуют в образовании миелина, защищающего нервные волокна, и играют важную роль в передаче сигналов между клетками мозга. Несмотря на их значимость, до сих пор учёные располагали лишь приблизительными данными о том, как разные типы липидов распределены по отделам мозга. Результаты работы опубликованы в журнале Nature.
Для построения атласа специалисты применили масс-спектрометрическую визуализацию, позволяющую определять липидный состав тонких срезов мозговой ткани. Лазер сканировал каждый участок среза, фиксируя наличие и расположение конкретных молекул. Были проанализированы 172 вида липидов на 109 срезах мозга, взятых у 11 мышей, что дало около 7 миллионов измерений. С помощью специально разработанных алгоритмов машинного обучения эти данные объединили в объёмную реконструкцию.
В итоге удалось выявить 539 химически обособленных территорий, получивших название «липизоны». Каждая зона обладает своим набором липидов и уникальной химической сигнатурой. Часть этих областей совпала с известными анатомическими структурами и типами клеток, однако другие показали неожиданные связи между группами тел нейронов и удалёнными участками, соединёнными их отростками. По словам профессора EPFL Джованни Д’Анджело, липиды действуют подобно почтовым индексам, присваивая далёким, но родственным частям мозга один и тот же химический адрес.
Атлас также выявил неоднородность в тех областях, которые раньше считались относительно однородными. В частности, белое вещество, содержащее соединяющие разные отделы нервные волокна, оказалось не единым по составу, а включающим множество отдельных липидных зон. Как отметил Лука Фузар Бассини, это говорит о том, что клетки, производящие миелин, куда более разнообразны по своей химии, чем можно предположить по их генам. Кроме того, ранее неизвестные химические границы обнаружились в сосудистом сплетении, вырабатывающем спинномозговую жидкость, и в тканях, выстилающих внутренние полости мозга.
Отдельно учёные проследили, как меняется липидный состав при беременности. У беременных мышей сдвиги в распределении липидов затронули множество областей мозга и оказались заметнее обычных различий между самцами и самками. Особенно сильно изменилась кора — наружный слой мозга, а уровень галактозилцерамида, важного компонента миелина, резко вырос в большей части белого вещества. По словам Джиоеле Ла Манно, эти сдвиги указывают на то, что мозг перенастраивает свои связи под запросы беременности и постоянно корректирует липиды в зависимости от потребностей организма.
Атлас липидов мозга находится в свободном доступе в интернете, что позволяет исследователям по всему миру изучать эту ранее труднодоступную сторону биологии мозга. Сопоставляя липидные данные с существующими генетическими и клеточными картами, можно получить более полное представление об устройстве мозга и изменении его химии со временем. Хотя карта построена для мышей и не переносится напрямую на человека, сам метод, по словам Луки Фузара Бассини, может помочь выявить аналогичные закономерности в человеческом мозге и понять, как нарушения в распределении липидов связаны с развитием, старением и такими расстройствами, как болезнь Альцгеймера и депрессия.