Publicado 11/04/2022 07:26

Descubren qué hace que las células cerebrales se desarrollen en un orden específico

Archivo - Imágenes de resonancia magnética de un cerebro
Archivo - Imágenes de resonancia magnética de un cerebro - UNIVERSITY OF MISSOURI - Archivo

MADRID, 11 Abr. (EUROPA PRESS) -

Los investigadores han identificado la serie completa de 10 factores que regulan el desarrollo de los tipos de células cerebrales en el sistema visual de las moscas de la fruta, incluyendo el orden en que se desarrollan estas neuronas. Los hallazgos, publicados en la revista 'Nature', abren nuevas vías de investigación para entender cómo evolucionó el desarrollo del cerebro en distintos animales y dan pistas para la medicina regenerativa.

El cerebro humano está compuesto por 80.000 millones de neuronas. Estas células nerviosas difieren en su forma, función y conectividad con otras neuronas para formar redes neuronales. Esta complejidad permite al cerebro realizar sus múltiples funciones, desde el control del habla y la visión hasta el almacenamiento de recuerdos y la generación de emociones.

Aunque los científicos han identificado muchos tipos de neuronas, cómo surge esta complejidad durante el desarrollo del cerebro es una cuestión central para la neurobiología del desarrollo y la medicina regenerativa.

"Saber cómo se desarrolla el cerebro humano podría permitirnos en el futuro repetir estos procesos de desarrollo en el laboratorio para generar tipos específicos de neuronas en una placa de Petri -y potencialmente trasplantarlas en pacientes- o desencadenar células madre neuronales en organismos vivos para generar y reemplazar las neuronas que faltan", señala Claude Desplan, Profesor de Plata de Biología en la Universidad de Nueva York (NYU) y autor principal del estudio.

Dado que el estudio del cerebro humano es una tarea increíblemente compleja, los investigadores recurren a organismos modelo, como los ratones y las moscas, para explorar los intrincados mecanismos que intervienen en los procesos cerebrales.

Tanto en los vertebrados, como los ratones y los seres humanos, como en los invertebrados, como las moscas, los diferentes tipos de neuronas se generan secuencialmente a medida que el cerebro se desarrolla, con tipos específicos de neuronas que se generan primero y otros tipos que se generan después a partir de la misma célula madre progenitora.

El mecanismo por el que las células madre neurales producen diferentes neuronas a lo largo del tiempo se denomina patrón temporal. Mediante la expresión de diferentes moléculas -denominadas factores de transcripción temporal o tTF- que regulan la expresión de genes específicos en cada ventana de tiempo, las células madre neurales producen neuronas diferentes.

Los investigadores estudiaron el cerebro de la mosca de la fruta Drosophila para descubrir el conjunto completo de tTFs necesarios para generar los aproximadamente 120 tipos de neuronas de la médula, una estructura cerebral específica del sistema visual de las moscas.

Utilizaron la secuenciación de ARNm unicelular más moderna para obtener el transcriptoma -todos los genes expresados en una célula determinada- de más de 50.000 células individuales que luego se agruparon en la mayoría de los tipos celulares presentes en la médula en desarrollo.

Centrándose en las células madre neurales, los investigadores identificaron el conjunto completo de tTFs que definen las diferentes ventanas temporales en esta región del cerebro y la red genética que controla la expresión de estos diferentes tTFs que permiten el progreso de esta cascada temporal.

"Anteriormente se habían identificado varios tTFs en el sistema visual del cerebro utilizando los anticuerpos disponibles; ahora hemos identificado la serie completa de 10 tTFs que pueden especificar todos los tipos de neuronas en esta región del cerebro", señala uno de los autores principales del estudio, Nikolaos Konstantinides, ahora jefe de grupo en el Instituto Jacques Monod de París y antiguo becario postdoctoral en el laboratorio de Desplan.

A continuación, identificaron las interacciones genéticas que permiten que la cascada temporal progrese y cómo esta progresión se relaciona con el "orden de nacimiento" de todas las neuronas de la médula, vinculando ventanas temporales específicas con la generación de tipos concretos de neuronas. Esta cascada es necesaria para producir toda la diversidad neuronal de esta región del cerebro en un orden estereotípico.

"La alteración de la progresión de la cascada temporal conduce a la generación de una menor diversidad neuronal, alterando así el desarrollo del cerebro", afirma Isabel Holguera, becaria postdoctoral en el Departamento de Biología de la NYU y una de las co-primeras autoras del estudio.

Por último, el equipo examinó los primeros pasos del proceso de maduración de las células madre neurales en neuronas, una etapa del desarrollo neuronal denominada diferenciación. Descubrieron que el proceso de diferenciación de las neuronas de la mosca y de las neuronas corticales humanas era notablemente parecido, con patrones similares de genes expresados durante las diversas etapas de diferenciación.

"Nuestros hallazgos sugieren que la comprensión de los mecanismos de desarrollo de las neuronas en las moscas puede generar una visión del proceso equivalente en los seres humanos", apunta el co-primer autor Anthony Rossi, ahora un becario postdoctoral en Harvard y un ex estudiante graduado en el laboratorio Desplan.