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MADRID 13 Nov. (EUROPA PRESS) -
Investigadores de 55 instituciones internacionales han creado un atlas de células cerebrales de alta resolución que podría hacer por la neurociencia lo que el Proyecto Genoma Humano hizo por la genética. La colección de 27 artículos se publica en varias revistas afiliadas a 'Cell Press'.
Mediante el análisis de más de 25 millones de células cerebrales individuales en humanos, macacos y titíes, un equipo de neurocientíficos, biólogos computacionales e ingenieros de software de 55 instituciones, entre ellas la Universidad de Princeton (Estados Unidos) elaboró un mapa celular de los ganglios basales, una red profunda de regiones cerebrales que facilitan el movimiento, la formación de hábitos y la toma de decisiones.
"Es algo así como el Proyecto Genoma Humano 1.0, o 0.1", declara Fenna Krienen, profesora asistente de neurociencia en la Universidad de Princeton y coinvestigadora en uno de los consorcios fundadores de la Red de Atlas Celular de la Iniciativa BRAIN (BICAN) de los Institutos Nacionales de Salud, la red detrás del atlas. "Teníamos una primera versión casi completa, y luego todo el trabajo posterior podía mapearse a esa referencia. Eso es lo que realmente pudimos lograr como parte de BICAN".
El consorcio eligió los ganglios basales, en parte por su relevancia para las enfermedades de Parkinson, Alzheimer y Huntington, explica Krienen, y porque la región abarca partes del cerebro con diferentes historias de desarrollo y evolución. "Con un solo circuito, podemos recorrer esos diferentes ejes", asegura.
Ahora que la prueba de concepto técnica está completa, el equipo de BICAN continuará mapeando el resto del cerebro en humanos y otros primates, con la esperanza de crear un atlas completo de células cerebrales para humanos, macacos y titíes.
El grupo BICAN no es muy diferente de los ganglios basales en sí: si bien los ganglios basales se refieren a una región general del cerebro, en realidad están formados por un conjunto de subregiones más pequeñas e interconectadas que trabajan juntas. De manera similar, BICAN es una coalición de consorcios, donde cada consorcio se centra en un aspecto diferente del complejo funcionamiento del cerebro a nivel celular.
Algunos grupos se centraron en analizar la diversidad de las células cerebrales en humanos, otros en cómo cambia el cerebro en desarrollo en ratones. El laboratorio de Krienen fue el responsable de cartografiar el cerebro del tití, como parte del consorcio Human and Mammalian Brain Atlas.
Los científicos saben menos sobre las células cerebrales de los titíes que sobre las de los ratones. Sin embargo, los titíes son primates que comparten un ancestro común más reciente con los humanos. Esto los convierte en un vínculo clave para conectar los hallazgos en ratones con los humanos.
Los titíes también tienen una ventaja práctica: cerebros diminutos. Mientras que el cerebro de un macaco pesa aproximadamente lo mismo que un rollo de monedas de diez centavos, el de un tití pesa solo unos 8 gramos, más o menos lo mismo que una moneda de un dólar Sacagawea. Es lo suficientemente pequeño como para mapearlo por completo, y a la vez, se trata de un cerebro de primate que se asemeja más al nuestro.
El artículo principal, liderado por la estudiante de posgrado de Krienen, Shu (Daisy) Dan, junto con colaboradores del Instituto Allen (Estados Unidos), mapeó las células de la subcorteza del tití, el territorio cerebral profundo que alberga los ganglios basales, a través de tres capas moleculares: transcriptómica espacial; secuenciación de ARN de célula única; y secuenciación ATAC.
Al igual que al alternar entre las vistas de calle, satélite y terreno en Google Maps, cada capa muestra información diferente. La transcriptómica espacial revela la ubicación de cada célula y cuáles de los cientos de genes clave utiliza. La secuenciación de ARN de célula única analiza la actividad de casi todos los genes de una célula, aunque no su ubicación. Y la secuenciación ATAC revela qué partes del manual de instrucciones del ADN de una célula son legibles: dado que la mayor parte del ADN está compactado para ahorrar espacio, ATAC muestra qué "páginas" están abiertas y listas para ser leídas.
"Podrán explorar a gran velocidad y, para cada región, para cada tipo de célula, tendrán representación", destaca Krienen. "Buscamos profundidad y exhaustividad".
El segundo artículo, liderado por la estudiante de posgrado en neurociencia Ning Wang, con la tutoría conjunta de Krienen y el también profesor de Princeton Jonathan Pillow, presenta PIANO, una herramienta computacional de aprendizaje profundo que ayuda a combinar datos de millones de células y múltiples especies.
"Dado que los conjuntos de datos de BICAN ahora abarcan millones de células e incorporan múltiples especies, necesitábamos mejores enfoques para la integración de datos", señala Krienen. "Ning utilizó el conjunto de datos de ganglios basales de diferentes especies para probar su algoritmo, que ahora se está implementando en todo nuestro consorcio a medida que construimos los atlas completos del cerebro completo de diferentes especies".
El mapeo completo de la subcorteza del tití proporciona a los investigadores un contexto que otras especies aún no pueden ofrecer. Si en una muestra humana aparece un tipo de célula que parece pertenecer a los ganglios basales, el mapa del tití puede mostrar si es realmente nuevo o si simplemente proviene de una región vecina durante la disección.
Ese contexto ya está dando sus frutos. El atlas del cerebro humano más extenso hasta la fecha contenía un grupo heterogéneo de neuronas, apodado "Splatter", extraídas de numerosas regiones profundas del cerebro muestreadas con demasiada escasez como para distinguirlas. Utilizando el mapa del tití, los investigadores lo clasificaron en cientos de tipos celulares distintos, cada uno con una ubicación específica en el cerebro y la mayoría compartidos entre especies.
El objetivo principal de BICAN, sin embargo, es mapear el cerebro completo, y en el caso del tití, el equipo de Krienen está a punto de lograrlo. El laboratorio ya ha recopilado datos de todo el cerebro del tití, aunque el nuevo artículo se centra en la subcorteza. Debido al pequeño tamaño del cerebro del tití, "podríamos adelantarnos un poco", indica Krienen.
Los investigadores de la comunidad BICAN aspiran ahora a aplicar este trabajo en el futuro para ayudar a analizar cómo los factores de riesgo genéticos humanos conocidos para las enfermedades neuropsiquiátricas y neurodegenerativas se corresponden con otros tipos de células de primates, como las del tití.
Por ahora, los investigadores y la comunidad BICAN han establecido un sistema de referencia unificado, uno de los objetivos principales del proyecto. Diferentes laboratorios suelen usar nombres distintos para la misma célula, o el mismo nombre para células diferentes. El trabajo de la comunidad proporciona un vocabulario común para clasificar las células del cerebro y sienta las bases para mapear el resto del cerebro utilizando los mismos métodos.
"Lo que tenemos desde nuestro rincón de este ecosistema es básicamente el mapa, el representante, el atlas, la plantilla, la referencia para estos organismos, a la que podrá remitirse cualquier estudio posterior", finaliza Krienen.
