Descubren raíces de enfermedades neuropsiquiátricas en el cerebro en desarrollo

Cerebro
PIXABAY/WEKSART - Archivo
Publicado 18/12/2018 7:22:31CET

MADRID, 18 Dic. (EUROPA PRESS) -

Un gran análisis genómico del cerebro humano ha revelado nuevos conocimientos sobre los cambios que experimenta durante el desarrollo, cómo varía entre los individuos y las raíces de las enfermedades neuropsiquiátricas, como los trastornos del espectro autista y la esquizofrenia. El análisis multiinstitucional de casi 2.000 cerebros, que integra la compleja coreografía del desarrollo y la función del cerebro, se detalla este viernes en 11 estudios que se publican en una edición especial de la revista 'Science' y dos publicaciones relacionadas.

Cuatro de los estudios principales fueron encabezados por investigadores de diversas disciplinas en la Universidad de Yale (Estados Unidos), que está liderando una ambiciosa iniciativa que une neurociencia y ciencia de datos. Los trabajos de investigación dirigidos por Yale ilustran la gran cantidad de herramientas que los científicos de 15 instituciones están empleando para encontrar las bases moleculares de las enfermedades neuropsiquiátricas, el objetivo del Consorcio PsychENCODE fundado en 2015 por los Institutos Nacionales de la Salud estadounidenses.

El gran alcance de los datos recopilados sobre la actividad de genes únicos y redes reguladoras que los controlan a lo largo del curso del desarrollo permitió a los científicos de datos evaluar el riesgo de enfermedades como la esquizofrenia y el trastorno bipolar con hasta seis veces más precisión que mediante el análisis tradicional de variantes de riesgo genético conocidas, según una investigación dirigida por Mark Gerstein, profesor de Informática Biomédica de Yale; profesor de Biofísica Molecular y Bioquímica, Ciencias de la Computación y Estadística y Ciencia de Datos; y coautor de dos de los principales artículos científicos.

Los investigadores también encontraron que estas variantes de riesgo pueden influir en la función de los genes en una etapa muy temprana del desarrollo y durante toda la vida, pero tienen una mayor probabilidad de manifestarse como síntomas, ya que forman agrupaciones o módulos distintos durante las diferentes etapas de desarrollo.

Los hallazgos del laboratorio de Nenad Sestan de Yale explican por qué el riesgo de desarrollar muchas enfermedades neuropsiquiátricas, como el autismo y la esquizofrenia, puede variar con el tiempo. Sestan es profesor de Neurociencia, Medicina Comparativa, Genética y Psiquiatría y autor correspondiente o coautor de dos de los principales artículos científicos.

DIFERENCIAS EN LOS TIPOS DE CÉLULAS DE 16 REGIONES CEREBRALES EN EL DESARROLLO

El desarrollo saludable del cerebro y la función neurológica dependen de la regulación precisa de la expresión génica, que varía sustancialmente según la región y el tipo de célula en el cerebro humano. El laboratorio de Sestan encontró que las diferencias en los tipos de células entre 16 regiones del cerebro humano durante el desarrollo pueden ser un factor clave para determinar si el riesgo genético se traduce en un trastorno neuropsiquiátrico.

Los investigadores detectaron también que la mayor variación en los tipos de células y en la actividad de la expresión génica ocurre temprano en el desarrollo prenatal, disminuye al final del embarazo y en la primera infancia, y comienza a aumentar nuevamente en la adolescencia temprana. Este patrón de desarrollo "tipo copa" es compartido por los monos macacos rhesus, una especie de primate estrechamente relacionada con los humanos. Además, el mismo estudio dirigido por el laboratorio de Sestan también identificó características del desarrollo cerebral que difieren entre humanos y macacos, incluidas las firmas únicas de expresión génica de la infancia tardía humana.

Los científicos encontraron que, durante estos periodos de mayor cambio en el desarrollo, los genes de susceptibilidad al riesgo tienden a formar redes o módulos distintos en ciertas áreas del cerebro. Los módulos vinculados con el autismo tienden a formarse temprano en el desarrollo y los relacionados con la esquizofrenia, así como el coeficiente intelectual y el neuroticismo, tienden a formarse más adelante en la vida.

Esto puede explicar por qué los trastornos neuropsiquiátricos como el autismo aparecen en la primera infancia y la esquizofrenia surge en la edad adulta temprana, apuntan los investigadores. El análisis también muestra cómo los genes vinculados a la enfermedad se expresan en tipos celulares específicos, lo que ayuda a determinar el alcance y el efecto de variaciones genéticas específicas asociadas a la enfermedad.

Según informan los investigadores, los eventos moleculares que conducen a trastornos neuropsiquiátricos pueden preceder a los síntomas meses o incluso años. "Los factores de riesgo de la enfermedad siempre están presentes, pero no se manifiestan por igual en el tiempo y el espacio", afirma Sestan.

Las enormes cantidades de información recopilada por los investigadores de PsychENCODE se han organizado en un "atlas" de datos accesibles. Esto permite a los científicos de datos emplear un análisis de aprendizaje profundo o un enfoque de aprendizaje automático inspirado en la cognición humana para encontrar pistas para combatir la progresión de los trastornos neuropsiquiátricos en individuos.

Por ejemplo, los científicos ahora pueden integrar la información de la secuenciación unicelular con mediciones genómicas más tradicionales de muestras de tejido "en masa" y capturar las diferencias entre una gran población de personas en diferentes etapas de desarrollo. Este enfoque permitió al laboratorio de Gerstein demostrar que muchas de las diferencias en la expresión génica entre individuos se debían a proporciones cambiantes de los tipos de células básicas, como las neuronas excitadoras.