El atlas molecular revela cómo se desarrollan las células cerebrales

Cuando el óvulo fertilizado se divide, las células inicialmente indiferenciadas realizan funciones específicas, volviéndose más distintas a medida que aparecen diferentes tejidos y órganos. Comprender cómo cientos de diferentes tipos de células ha resultado ser difícil, en gran parte porque los científicos carecen de las técnicas para tomar decisiones celulares a lo largo del tiempo.

Los avances recientes han permitido a los investigadores medir los cambios en la actividad genética de un individuo. célulasEntonces, varios grupos han comenzado a estudiar en detalle cómo se forman los tipos de células especializadas en áreas específicas del cerebro. Sin embargo, nadie ha rastreado todavía los patrones de expresión génica en todo el cerebro en desarrollo.

Ahora, por primera vez, los investigadores de EPFL y sus colaboradores en Karolinska Institutet en Suecia han mapeado las vías genéticas y de desarrollo que siguen las células embrionarias hacia su destino en el cerebro maduro. Este atlas molecular no solo puede ayudar a comprender mejor el cerebro sano y enfermo, sino que también puede mejorar los enfoques terapéuticos como la terapia de reemplazo celular para enfermedades neurodegenerativas, dice el autor principal del estudio, Jewell La Manu, jefe del Laboratorio de Biología de Neurosistemas del Desarrollo en EPFL. Los resultados han sido publicados en naturaleza.

Para monitorear la toma de decisiones en células individuales a lo largo del tiempo, La Mano y sus colegas analizaron muestras de cerebro tomadas de embriones de ratón todos los días desde el día siete después de la fertilización hasta el nacimiento. Utilizando una combinación de potentes técnicas de secuenciación y métodos matemáticos, los investigadores obtuvieron alrededor de 290.000 perfiles de expresión génica. celdas individuales De todas las regiones del cerebro, así como de casi 800 «estados» celulares que incluían los programas de desarrollo de varias células, incluidas las neuronas y las células de apoyo neuronal.

Cuando los progenitores de las neuronas maduran, dejan de reproducirse y se transforman en decenas de neuronas diferentes. Los investigadores rastrearon el surgimiento de esta diversidad y describieron el momento del surgimiento de neuronas primitivas, llamadas neuroblastomas, en diferentes regiones del cerebro. En ratones, los primeros neuroblastos aparecen temprano, antes del día 9 de desarrollo embriónico– que corresponde aproximadamente al comienzo del primer trimestre del embarazo en humanos. Los investigadores encontraron que estas neuronas pioneras están involucradas en funciones sensoriales y motoras. «Una de las primeras cosas que hay que hacer es configurar las funciones motoras y sensoriales, porque si no las configura temprano, luego se vuelve difícil construir ‘carreteras’ hacia las extremidades», dice La Mano.

Los investigadores también encontraron ciertos tipos de progenitores neuronales, llamados glía radial reguladora, cuya función es dirigir el desarrollo de las células vecinas mediante la producción de mensajeros moleculares que ayudan a localizar diferentes tipos de células especializadas dentro del cerebro. «Si el cerebro fuera una orquesta, la glía radial organizada sería la salida», dice La Mano. El equipo descubrió que estas células gliales radiales producen una variedad más amplia de mensajes moleculares de lo que creen los científicos.

El análisis también permitió a los investigadores identificar grupos de células de diferentes tamaños, con algunos grupos compuestos por 100 veces más células que otros. Una de las poblaciones más grandes parece ser la de las neuronas excitadoras del prosencéfalo, la región que alberga la mayoría de las regiones implicadas en la cognición de nivel superior. Una de las poblaciones más pequeñas identificadas fue de un tipo de neurona de apoyo llamada células endoteliales, que producen el líquido que rodea el cerebro y la médula espinal.

La Mano espera que la gran cantidad de información en este atlas cerebral ayude a identificar los genes responsables de los estados del neurodesarrollo y determinar el origen de las células malignas en el cáncer de cerebro. Él dice que el atlas también podría servir como referencia para evaluar el tejido cerebral generado a partir de células madre en una placa de laboratorio. Para ayudar a otros a estudiar células y tejidos de interés médico, los investigadores han puesto el atlas a disposición del público como un recurso web navegable.

A continuación, La Manno planea revelar dónde se encuentran las diferentes poblaciones de células en el cerebro en desarrollo. «El atlas actual es una tabla molecular que te dice qué tipo de células son similares y cuáles son diferentes», dice La Mano. «Ahora, queremos ver dónde están estas células dentro cerebro. »