Un mapa genómico de alta resolución ofrece una visión del desarrollo del cerebro

Cerebro
FLICKR/WYINOUE - Archivo
Publicado 17/09/2018 7:29:31CET

MADRID, 17 Sep. (EUROPA PRESS) -

Investigadores del Hospital de Investigación Infantil St. Jude, en Memphis, Tennessee, Estados Unidos, han creado una base de datos masiva de los cambios en la actividad genética de células individuales en el cerebelo durante el desarrollo embrionario e inmediatamente después del nacimiento. El análisis de miles de células cerebrales aisladas de ratones ofrece a los investigadores un mapa de alta resolución que permite a los científicos ver los cambios genómicos detallados que sufren las células a medida que el cerebelo conecta sus circuitos neuronales.

La investigación no solo ayudará a la comprensión básica del desarrollo del cerebro, sino que también proporcionará una base para comprender los orígenes celulares de los trastornos cerebrales causados por errores en el desarrollo. Estos defectos anatómicos incluyen el síndrome de Joubert, la malformación de Dandy-Walker y la hipoplasia pontocerebelosa. La base de datos permitirá realizar estudios futuros que rastreen los orígenes celulares de los tumores cerebrales infantiles como meduloblastoma, astrocitoma y ependimoma, según los autores.

Investigadores de todo el mundo pueden interactuar con los datos a través de una interfaz que St. Jude ha creado llamada 'Cell Seek'. La investigación, publicada en la revista 'Current Biology', fue dirigida por los coautores John Easton, del Departamento de Biología Computacional; Paul Northcott, del Departamento de Neurobiología del Desarrollo; y Charles Gawad, de los Departamentos de Oncología y Biología Computacional.

Aunque el cerebelo constituye solo alrededor del 10 por ciento del volumen cerebral en humanos, contiene más de la mitad de todas las células nerviosas en el sistema nervioso central. El cerebelo es también un centro clave de control del cerebro, que coordina la función motriz y rige las funciones superiores, como la atención y el procesamiento espacial y del lenguaje.

En su investigación, Easton, Northcott, Gawad y sus colegas utilizaron una tecnología de secuenciación genética llamada RNA-seq de una sola célula para medir la actividad continuamente cambiante de los genes en células cerebrales individuales aisladas de ratones embrionarios y recién nacidos. Los científicos secuenciaron el ARN porque el nivel de dicho ARN refleja el nivel de actividad del gen, o "expresión", en la célula. El ARN actúa como la plantilla para construir proteínas que son los bloques de construcción de las células.

La mayoría de estos estudios previos de desarrollo cerebral analizaron cambios en las mezclas de diferentes tipos de células cerebrales o estudiaron un número limitado de genes. Sin embargo, los investigadores de St. Jude analizaron la expresión génica en una amplia gama de genes en cada uno de los tipos de células presentes en el cerebro del ratón en desarrollo.

PERFILES DE EXPRESIÓN GLOBAL DE CÉLULAS INDIVIDUALES

Para recopilar sus datos, los científicos realizaron análisis RNA-seq de 39.245 células cerebrales durante 12 puntos de tiempo de desarrollo cerebral. Los 12 puntos de tiempo --una secuencia de días durante el desarrollo del cerebro-- son bien conocidos como estadios cuando las células cerebrales inmaduras "deciden" desarrollarse en células especializadas maduras.

"Lo que hemos hecho es adquirir perfiles de expresión global de células individuales sin usar ningún conocimiento previo. Esto nos ha permitido estudiar cuántos tipos de células hay en un punto de desarrollo específico y cómo se relacionan entre sí de una manera mucho menos sesgada que las estrategias anteriores ", dijo Gawad. "Si podemos capturar células en estos diferentes estados de desarrollo, podemos comenzar a entender enfermedades pediátricas que ocurren como resultado del desarrollo anormal del cerebelo".

"Además, dado que la mayoría de los tumores cerebrales en los niños pequeños se producen en la región cerebelosa, esto nos ayudará a identificar las células de origen para los diferentes tumores cerebrales y subtipos de tumores cerebrales", dijo.

expresión génica en un tipo de células cerebrales inmaduras llamadas células progenitoras glutamatérgicas, ya que "decidieron" qué tipo de célula cerebral madura sería. Su análisis reveló que el punto de decisión se caracterizó por ondas de activación de genes maestros de control llamadas factores de transcripción que regulan otros genes.

"Este análisis nos mostró que el programa de desarrollo para estas células era aún más complejo de lo que previamente apreciamos", dijo Gawad. El hallazgo abre la puerta a una comprensión más profunda del tipo y el orden de los procesos genéticos que impulsan la maduración de estas células, dijo.

La interfaz Cell Seek permitirá a los investigadores de todo el mundo obtener información sobre el desarrollo cerebral a partir de los datos, dijo Gawad.

"Este tipo de datos no serían accesibles para muchos laboratorios, ya que son incluso más complejos de analizar que los datos tradicionales de secuenciación de ARN", dijo.

"Queríamos construir una interfaz fácil de usar que todos con Cell Seek, pueden rastrear fácilmente los procesos de desarrollo en los que están interesados y utilizar los conocimientos para informar sus experimentos para estudiar el desarrollo y la enfermedad del cerebelo", ha señalado Gawad.