Publicado 05/11/2020 07:38CET

Los biólogos crean un "atlas" de expresión génica en neuronas

Imagen de una neurona estriatal de la vía directa.
Imagen de una neurona estriatal de la vía directa. - CSIC - Archivo

   MADRID, 5 Nov. (EUROPA PRESS) -

   Investigadores de la Universidad de Nueva York han creado un "atlas de desarrollo" de expresión genética en neuronas, utilizando secuenciación genética y aprendizaje automático para clasificar más de 250.000 neuronas del cerebro de las moscas de la fruta. Su estudio, publicado en 'Nature', demuestra que las neuronas presentan la mayor diversidad molecular durante el desarrollo y revela un tipo de neuronas previamente desconocido que solo está presente antes de que nazcan las moscas.

   "La diversidad de los diferentes tipos de células que componen nuestro cerebro solo puede entenderse completamente a la luz de su historial de desarrollo", explica el profesor de biología de la NYU, Claude Desplan, autor principal del estudio.

   Los cerebros están compuestos por miles de tipos diferentes de neuronas. A pesar de compartir la misma información genética, las neuronas logran esta diversidad activando diferentes conjuntos de genes en cada tipo de neurona y en cada punto de su desarrollo.

   Para comprender la diversidad de las células cerebrales, los investigadores han estudiado durante mucho tiempo las moscas de la fruta, cuyos cerebros, aunque mucho más simples que los de los humanos, pueden usarse como un sistema modelo.

   Los investigadores identificaron previamente las aproximadamente 60.000 células y 200 tipos neuronales que forman los lóbulos ópticos de las moscas de la fruta, las áreas del cerebro que procesan la información visual, incluida la visión del color y la detección de objetos y movimiento.

   En su nuevo estudio, los investigadores del laboratorio de Desplan buscaron caracterizar a fondo la diversidad de neuronas en el lóbulo óptico y construir un "atlas de desarrollo" de expresión génica, comparando células en el cerebro de moscas adultas y explorando diferencias durante el desarrollo.

   Los investigadores crearon su "atlas" aprovechando una forma de una técnica recientemente inventada conocida como secuenciación de ARNm de una sola célula, que les permitió capturar y secuenciar ARNm de más de 250.000 células individuales. Usando una combinación de enfoques de aprendizaje automático, asignaron cada una de estas células a un tipo de célula específico durante todo el desarrollo.

   "Nuestros conjuntos de datos dan cuenta casi por completo de la diversidad neuronal conocida de los lóbulos ópticos y pueden servir como paradigma para comprender el desarrollo del cerebro entre especies", señala Neset Özel, asociado postdoctoral en NYU y uno de los autores principales del estudio.

   "El 'atlas' constituye un recurso enorme para la comunidad de investigación: ahora podemos simplemente buscar si un gen en particular está activo o no en cualquier tipo de célula de nuestra elección y en cualquier momento durante su desarrollo", asegura.

   Mientras construían su "atlas de desarrollo", los investigadores hicieron varios descubrimientos. Primero, encontraron un tipo completamente nuevo de neuronas en las moscas de la fruta, que están presentes solo en la superficie del lóbulo óptico durante el desarrollo, pero se eliminan mediante la muerte celular programada justo antes de que nazcan las moscas.

   "Si bien aún no comprendemos las funciones de estas neuronas previamente desconocidas, las neuronas con propiedades muy similares, llamadas células de Cajal-Retzius, también existen en los cerebros de los mamíferos y son fundamentales para el desarrollo adecuado del cerebro", apunta Felix Simon, un estudiante de doctorado en biología en la NYU y el otro autor principal del estudio.

   Además, los investigadores encontraron que las neuronas exhiben los niveles más altos de diversidad molecular durante el desarrollo en comparación con las neuronas adultas, lo que permite que las células durante el desarrollo formen conexiones con células asociadas específicas y eviten las incorrectas.

   Como resultado, las neuronas pueden adquirir características y funciones distintas únicamente debido a su historial de desarrollo, aunque sus propiedades fisiológicas en los cerebros adultos pueden ser idénticas.

   "Esto tiene grandes implicaciones para los estudios de los trastornos del neurodesarrollo. Las interrupciones en la función del circuito neuronal podrían ocurrir por completo debido a defectos en ciertos programas genéticos que solo están activos de forma transitoria durante el desarrollo y serían imposibles de entender simplemente mirando el resultado final", explica Özel.

   Finalmente, el estudio reveló que las neuronas que parecen idénticas en forma pueden expresar diferentes conjuntos de genes en la parte superior e inferior del cerebro. Estas diferencias pueden dar a las moscas la capacidad de realizar diferentes cálculos sobre la información visual que reciben, por ejemplo, el cielo y el suelo.

Contador