Onderzoekers van het LUMC en de TU Delft hebben samen een webportal ontwikkeld dat een visueel overzicht geeft van genactiviteit in de hersenen. In het portal, BrainScope genaamd, kunnen onderzoekers hersenactiviteit snel en interactief verkennen. De online atlas van het brein moet hersenonderzoek verder helpen, zo stellen de betrokken wetenschappers.
“BrainScope maakt patronen zichtbaar die je anders nooit zou opmerken”, vertelt prof. Boudewijn Lelieveldt (Medical Delta hoogleraar en verbonden aan het LUMC en de TU Delft). Hij is mede-auteur van een publicatie over ‘BrainScope in Nucleic Acids Research’. Eerste auteur Sjoerd Huisman, promovendus Bio-informatica aan de TU Delft, heeft BrainScope al op verschillende congressen gedemonstreerd: “Mensen waren wild-enthousiast,” voegt hij toe. “Het programma draait gewoon op de pc in een browser, en het werkt zeer snel.”Uitgangspunt BrainScope
Het uitgangspunt voor BrainScope zijn twee hersenatlassen met gegevens over genactiviteit die het Allen Institute for Brain Science (Seattle, VS) heeft samengesteld: één voor het volwassen menselijk brein en één voor de ontwikkeling ervan. Voor de atlas van het volwassen brein zijn zo’n 3700 weefselmonsters uit verschillen hersengebieden van zes donoren onderzocht op activiteit (oftewel expressie) van alle ongeveer 20 duizend genen.Met dit databestand zijn volgens Huisman twee typen afzonderlijke analyses mogelijk:
• ofwel het expressiepatroon van genen over de hersenen vergelijken,
• ofwel weefselmonsters met elkaar vergelijken qua genactiviteit.
“Maar een duidelijk totaaloverzicht van de expressie van alle genen over het gehele brein kon je er tot nu toe niet uit halen. Dat gat hebben wij opgevuld.”
Wolken
Met BrainScope kunnen onderzoekers actieve genen aan hersenregio’s linken. De 20 duizend genen staan in een plaatje bijeengepakt in één wolk, de weefselmonsters van verschillende hersenregio’s in een ander plaatje. Met statistische technieken zijn de genen zo gegroepeerd, dat genen die op dezelfde plaatsen in de hersenen tot expressie komen dicht bij elkaar staan. De weefselmonsters zijn gegroepeerd op transcriptieprofiel. Naast de twee wolken staan plaatjes van de hersenen die laten zien waar genen actief zijn in de hersenen.Baldur van Lew (LUMC, Radiologie), heeft de BrainScope gebouwd. “Genen die gezamenlijk tot expressie komen, en dus in de wolk op een kluitje liggen, hebben vaak een vergelijkbare functie,” vertelt hij. “Tegelijk lichten de hersengebieden op waar de omcirkelde genen gezamenlijk actief zijn.” Voor de atlas van de ontwikkeling van het brein zijn weefselmonsters uit de hersenen van acht leeftijdsgroepen op genactiviteit onderzocht. Huisman en collega’s maakten per leeftijdsgroep een genenwolk. Daarmee kunnen onderzoekers de genactiviteit over de leeftijdsgroepen vergelijken. Brainscope is openbaar en (na registreren) toegankelijk via www.brainscope.nl.
Zelf zien hoe BrainScope werkt? Bekijk het filmpje van de Brainscope op youtube.
Publicatie
S.M.H. Huisman, B. van Lew, A. Mahfouz, N. Pezzotti, T. Höllt, L. Michielsen, A. Vilanova, M.J.T. Reinders & B.P.F. Lelieveldt, 2017. BrainScope: interactive visual exploration of the spatial and temporal human brain transcriptome. Nucleic Acids Research, Januari 2017. DOI: 10.1093/nar/gkx046
Onderzoek
Het onderzoek werd uitgevoerd binnen de STW-projecten Genes in Space (12721: PI: prof. dr.ir. B.P.F. Lelieveldt) en VANPIRE (12720: PI dr A. Vilanova), bij de LUMC-afdeling Radiologie, de Pattern Recognition and Bioinformatics groep van de TU Delft, en de Computer Graphics and Visualization groep van de TU Delft.
