El mapa molecular revela el desarrollo de cada célula del cerebro

El cerebro de los mamíferos se desarrolla a través de una compleja interacción de señales espaciales. Estas señales son generadas por morfógenos difusibles, interacciones de célula a célula y programas genéticos intrínsecos que probablemente dan como resultado más de mil tipos de células distintos.

Comprender este proceso requiere una caracterización sistemática de los estados celulares. Comprender cómo aparecen cientos de tipos de células dispares ha resultado difícil, principalmente porque los científicos carecían de las tecnologías para capturar la toma de decisiones celular a lo largo del tiempo.

Los avances recientes han permitido a los científicos evaluar los cambios en la actividad de los genes en las células cerebrales individuales, por lo que algunos grupos han comenzado a centrarse exhaustivamente en cómo los tipos de células especializadas se configuran en patrones. regiones del cerebro. Aunque, hasta ahora, nadie ha rastreado los ejemplos de expresión génica en todo el cerebro en desarrollo.

Ahora por primera vez EPFL Los investigadores y sus colaboradores del Instituto Karolinska en Suecia mapearon las trayectorias genéticas y de desarrollo que siguen las células embrionarias hacia su destino en la maduración. cerebro.

El autor principal del estudio, Gioele La Manno, jefe del Laboratorio de Biología de Sistemas de Neurodesarrollo en EPFL, dijo: “Este atlas molecular no solo podría ayudar a comprender mejor el cerebro sano y enfermo, sino también mejorar los enfoques terapéuticos como la terapia de reemplazo celular para enfermedades neurodegenerativas. “

Los científicos analizaron muestras de cerebro de embriones de ratón todos los días desde el séptimo día después de la fertilización hasta el nacimiento. Hicieron esto para monitorear la toma de decisiones en células individuales a lo largo del tiempo. Utilizando poderosas técnicas de secuenciación y métodos matemáticos, los científicos obtuvieron aproximadamente 290.000 perfiles de expresión génica de células individuales de todas las regiones del cerebro. También obtuvieron cerca de 800 “estados” celulares incluidos en los programas de desarrollo de varias células, incluidas las neuronas y las células de apoyo neuronal.

A medida que se desarrollan los progenitores neuronales, dejan de proliferar y se diferencian en varias docenas de neuronas. Hicieron un seguimiento de la aparición de esta diversidad y describieron el momento de aparición de las células nerviosas primitivas, llamadas neuroblastos, en diferentes regiones del cerebro.

Los neuroblastos en ratones aparecen antes del día 9 de Desarrollo embriónico. Estas neuronas pioneras están involucradas en funciones sensoriales y motoras.

Manno dijo, “Una de las primeras cosas que hay que hacer es poner en funcionamiento las funciones motoras y sensoriales porque si no las configura temprano, más adelante será más difícil construir ‘carreteras’ hacia las afueras.

Los científicos también han descubierto un tipo específico de progenitor neuronal llamado células gliales de organización radial. El papel de estos progenitores es producir mensajeros moleculares y dirigir el desarrollo de las células vecinas. Los mensajeros moleculares establecen la posición de varios tipos de células especializadas en el cerebro.

Manno dijo, “Si el cerebro fuera una orquesta, las células gliales radiales organizadoras serían su director. Estas células gliales radiales producen una mayor variedad de mensajeros moleculares de lo que los científicos creen.

Este estudio detallado permitió a los científicos identificar poblaciones de células de diferentes tamaños, con algunas poblaciones compuestas por 100 veces más células que otras. Una de estas poblaciones más grandes de neuronas excitadoras se encuentra en el prosencéfalo. Por otro lado, las personas más pequeñas identificadas fueron un tipo de célula de soporte neuronal llamada células ependimarias.

El Manno señalado, “La gran cantidad de información contenida en este atlas cerebral podría ayudar a identificar los genes involucrados en los trastornos del neurodesarrollo y determinar el origen de las células malignas en el cáncer de cerebro. El atlas también podría servir como punto de referencia para evaluar el tejido cerebral generado a partir de células madre en una caja de laboratorio.

“Planeamos averiguar dónde se encuentran las diferentes poblaciones de células del cerebro en desarrollo. El atlas actual es una tabla molecular que le indica qué tipos de células son similares y cuáles son diferentes. Ahora queremos ver dónde están estas células en el cerebro. “

Referencia de la revista:

1. La Manno, G., Siletti, K., Furlan, A. et al. Arquitectura molecular del cerebro de ratón en desarrollo. Nature 2021. ES LO QUE YO: 10.1038 / s41586-021-03775-x