アレン・ブレイン・アトラス

アレンマウス脳アトラスとヒト脳アトラスは、アレン脳科学研究所内のプロジェクトであり、マウスとヒトの脳の遺伝子発現マップを作成することで、ゲノミクスと神経解剖学を融合することを目指しています。このプロジェクトは、ポール・G・アレンの1億ドルの寄付により2003年9月に開始され、最初のアトラスは2006年9月に公開されました。^[1] 2012年5月現在、マウス脳アトラス、ヒト脳アトラス、発達中のマウス脳アトラス、発達中のヒト脳アトラス、マウス接続性アトラス、非ヒト霊長類アトラス、およびマウス脊髄アトラスの7つの脳アトラスが公開されています。^{[引用が必要]}また、データバンクを備えた関連プロジェクトが3つあります。神経膠芽腫、マウスの多様性、および睡眠です。^{[引用が必要]}アレン研究所は、彼らの研究結果がさまざまな科学分野、特に神経生物学的疾患の理解に関連する分野の発展に役立つことを願っています。地図帳は無料で、オンラインで一般に公開されています。 ^{[アップデート]}

2001年、ポール・アレンは、ジェームズ・ワトソンやスティーブン・ピンカーを含む科学者のグループを集め、神経科学の将来と神経科学研究を強化するために何ができるかについて議論しました（Jones 2009）。これらの会議で、カリフォルニア工科大学のデビッド・アンダーソンは、マウスの脳内の遺伝子発現の3次元アトラスが神経科学コミュニティに非常に役立つだろうというアイデアを提案しました。このプロジェクトは、アレンがアレン脳科学研究所を通じた1億ドルの寄付によって2003年に開始されました。このプロジェクトでは、ドイツのゲッティンゲンにあるマックス・プランク生物物理化学研究所のグレゴール・アイヒェレと同僚が開発した遺伝子発現のマッピング技術を使用しました。この技術では、比色in situハイブリダイゼーションを使用して遺伝子発現をマッピングします。プロジェクトは、プロジェクトを完了して一般に公開するという3年目標を設定しました。

最初のアトラスであるマウス脳アトラスの最初のリリースは 2004 年 12 月に行われました。その後、このアトラスのデータが段階的にリリースされました。最終的なゲノム全体のデータセットは 2006 年 9 月にリリースされました。ただし、アトラスの最終リリースでプロジェクトは終了したわけではなく、アトラスは現在も改良が続けられています。また、アレン脳科学研究所では、アレン マウス脳アトラスと連携して、ヒト脳アトラス、発達中のマウス脳、発達中のヒト脳、マウスの接続性、非ヒト霊長類アトラス、マウス脊髄アトラスなどの他のプロジェクトも開発中です。

アレン研究所のすべてのプロジェクトの包括的な目標とモットーは、「発見を促進する」ことです。このプロジェクトは、いくつかの方法でこの目標を達成し、科学を進歩させることを目指しています。まず、遺伝子と脳機能の関係をより深く理解するために、脳アトラスを作成します。脳全体の遺伝子発現をマッピングすることで、パーキンソン病、アルツハイマー病、自閉症などの神経生物学的疾患に関する研究と知識を進歩させることを目指しています。脳アトラス プロジェクトは、データと調査結果を公開することで、「アレン研究所」のモットーにも従っています。このポリシーは、研究所のもう 1 つの目標である共同研究と学際研究にも関連しています。したがって、どの分野の科学者でも、調査結果を見て、それを考慮に入れながら独自の実験を設計できます。また、Brain Explorer アプリケーションも一般に公開されています。

アレン脳科学研究所では、プロジェクトベースの研究理念を採用しています。各脳アトラスは、独自の研究者チームで構成される独自のプロジェクトに焦点を当てています。アトラスを完成させるために、各研究チームは脳スキャン、医療データ、遺伝情報、心理学的データを収集して統合します。この情報を使用して、脳の 3D 生化学的構造を構築し、脳の特定の部分でどのタンパク質が発現しているかを解明することができます。必要なデータを収集するために、アレン研究所の科学者はさまざまな技術を使用します。1 つの技術では、死後の脳と脳スキャン技術を使用して、脳のどこで遺伝子がオンまたはオフになっているかを検出します。in situ ハイブリダイゼーション(ISH) と呼ばれる別の技術は、遺伝子発現パターンを in situ ハイブリダイゼーション画像として表示するために使用されます。

ブレインアトラスでは、これらの 3D ISH デジタル画像とグラフが、特定の遺伝子が発現している領域をカラーで表示します。ブレインエクスプローラーでは、任意の遺伝子を検索して選択することができ、その結果、その場の画像が簡単に操作および探索できる形式で表示されます。この解剖学を中心とした遺伝子発現データベースの作成には、プロジェクト用に作成された参照アトラスに登録することで、各遺伝子の ISH データを 3 次元座標空間に合わせることが含まれます。^[2]

中枢神経系のさまざまなタイプの細胞は、さまざまな遺伝子発現から生じます。脳内の遺伝子発現マップにより、研究者は形態と機能を相関させることができます。Allen Brain Atlas を使用すると、研究者は脳内の異なる発現領域を表示でき、脳全体の神経接続を観察できます。さまざまな遺伝子発現と機能イメージング技術を通じてこれらの経路を観察することで、研究者は行動や表現型に関連して遺伝子発現、細胞タイプ、経路機能を相関させることができます。

研究の大部分はマウスで行われていますが、マウスの遺伝子の 90% は人間にも対応しています。このため、アトラスは神経疾患のモデル化に特に役立ちます。正常な個体の遺伝子発現パターンは、変化した表現型を比較して理解するための基準となります。マウスの疾患から得られた情報を拡張することで、人間の神経疾患の理解が深まります。アトラスは、神経疾患で影響を受ける遺伝子と特定の領域を示します。疾患における遺伝子の作用は、一般的な発現パターンと併せて評価でき、このデータは疾患における特定の遺伝子の役割を明らかにする可能性があります。

Allen Brain Atlas の Web サイトには、ダウンロード可能な 3D インタラクティブ ブレイン エクスプローラーが含まれています。このエクスプローラーは、基本的に遺伝子発現の場所を検索するエンジンです。これは、類似の遺伝子を発現する領域を見つけるのに特に役立ちます。ユーザーは、このアプリケーションを使用して、特定の遺伝子を共発現する領域を接続することで、ネットワークと経路を描画できます。このエクスプローラーは、マルチカラー スケールを使用し、密度と発現レベルの違いを確認できる脳の複数の平面が含まれています。画像は、平均化された多数のサンプルの合成であるため、異常に低い遺伝子発現を持つ個人と比較するときに役立ちます。

アレン マウス ブレイン アトラスは、成体マウスの脳の包括的なゲノムワイド マップであり、各遺伝子がどこで発現しているかを明らかにします。^{[3]マウス ブレイン アトラスは、アレン ブレイン アトラスの元のプロジェクトであり、2006 年に完了しました。アトラスの目的は、神経科学研究の発展を支援することです。このプロジェクトの希望は、科学者が}自閉症やうつ病などの脳の病気や障害をより深く理解できるようにすることです。^[1]

アレン人間脳アトラスは2010年5月に公開されました。これは、解剖学的およびゲノム的に包括的な最初の3次元人間脳マップでした。^{[4]このアトラスは、神経薬理学、人間の脳画像、人間の遺伝学、神経解剖学、ゲノム学など、多くの神経科学研究分野の研究を強化するために作成されました。このアトラスは、}アルツハイマー病、自閉症、統合失調症、薬物中毒などの精神疾患や脳損傷の研究を促進することにも向けられています。

アレン発達マウス脳アトラスは、C57BL/6マウスの脳の発達過程における遺伝子発現を追跡するアトラスです。このプロジェクトは2008年に始まり、現在も進行中です。このアトラスは磁気共鳴画像法（MRI）に基づいています。胎生12日目から出生後80日目までのC57BL/6マウスの脳の成長、白質、接続性、発達を追跡します。 ^{[5]このアトラスは、神経科学者が汚染物質や}遺伝子変異が脳の発達 にどのように影響するかを研究する能力を高めます。したがって、このアトラスは、どの毒素が子供や妊婦に特別な脅威を与える かを判断するために使用できます。

アレンマウス脳接続アトラスは2011年11月に発表されました。^{[6]アレン研究所の他のアトラスとは異なり、このアトラスは行動と脳機能を制御する神経回路の特定に焦点を当てています。この神経回路は行動や知覚などの機能を担っています。この地図により、科学者は脳の働きや}パーキンソン病やうつ病などの脳疾患や障害の原因をさらに理解できるようになります。^[7]

2008 年 7 月に公開されたアレン マウス脊髄アトラスは、マウス脊髄のゲノム全体にわたる初めての地図です。脊髄アトラスは、成体および幼若の C57 黒マウスの脊髄におけるゲノム全体の遺伝子発現の地図です。最初に公開されたデータには、2,000 個の遺伝子と解剖学的な参照セクションが含まれていました。将来的には、脊髄の全長にわたる約 20,000 個の遺伝子にデータ量を拡大する予定です。

脊髄アトラスの目的は、ルー・ゲーリック病や脊髄性筋萎縮症などの脊髄損傷、疾患、障害の治療に関する研究を強化することです。このプロジェクトは、アレン研究所、全米麻痺退役軍人研究財団、ALS協会、ワイエス研究所、PEMCO保険、全米多発性硬化症協会、国際脊髄研究信託、その他多くの組織、財団、企業、個人の寄付者を含む多数の寄付者から資金提供を受けました。^[8]

• 神経科学データベースのリスト
• EMAGE、遺伝子発現の電子マウスアトラス

• Pawel K. Olszewski、「AllenBrain Atlas を使用した摂食神経調節因子のネットワークの分析」Neuroscience of Behavior、2009 年 1 月 1 日。
• ロバート・リー・ホッツ、「脳の謎を探る」ウォール・ストリート・ジャーナル、2012 年 1 月 24 日。
• アラン・ジョーンズ、「アレン・ブレイン・アトラス：5年間とそれ以降」、ネイチャー、2009年。doi ： 10.1038/nrn2722。

• 公式サイト
•  ヴァージニア・ゲウィン（2005年） 。「脳探査の黄金時代」。PLOS Biology。3 （ 1）：e24。doi ： 10.1371 / journal.pbio.0030024。PMC 544547。PMID  15660159。
• 「新しい脳地図帳が 3D 遺伝子マップを公開」ABC ニュース、2006 年 9 月 26 日。