El mapeo cerebral descubre diferencias neuronales

A pesar de los avances significativos en neurociencia, estamos muy lejos de saber qué aspecto tiene y cómo se ve cada neurona en el cerebro humano. La nueva investigación, sin embargo, nos acerca a ese conocimiento enciclopédico.
Una nueva investigación utiliza una innovadora técnica de mapeo cerebral para investigar la gran cantidad de diferencias individuales entre las células cerebrales.

Utilizando métodos moleculares, los investigadores del Instituto Salk para Estudios Biológicos en La Jolla, California - en colaboración con la Universidad de California (UC), San Diego - pudieron mapear las diferencias individuales en las neuronas a un nivel de detalle sin precedentes.

Los hallazgos tienen implicaciones clínicas importantes para los trastornos neuropsiquiátricos como el autismo y la esquizofrenia.

El equipo fue dirigido conjuntamente por Joseph Ecker, director del Laboratorio de Análisis Genómico de Salk, Margarita Behrens, científica principal del Salk Institute, y Eran Mukamel, del Departamento de Ciencia Cognitiva de la Universidad de California en San Diego. Sus hallazgos fueron publicados en la revista Ciencia.

Los primeros autores del estudio son Chongyuan Luo, un investigador asociado en el Instituto Salk, y Christopher Keown, un estudiante graduado en ciencias cognitivas en la Universidad de California en San Diego.

Mapeo de miles de millones de neuronas

Luo y sus colegas examinaron las neuronas en el cerebro de un ratón y en el cerebro humano. Los esfuerzos previos de identificación de células individuales se han centrado en un análisis de ARNm, pero, explican los investigadores, el ARN puede cambiar bajo la influencia del medio ambiente.

Los metilomas de ADN, por otro lado, tienden a ser estables durante la edad adulta, por lo que los investigadores decidieron utilizarlos en su lugar para la identificación de neuronas.

Los metilomas de ADN son el resultado del proceso de metilación del ADN, es decir, la adición de grupos metilo a las bases de una molécula de ADN, lo que conduce a cambios epigenéticos.

Durante los cambios epigenéticos, la expresión del gen está alterada, lo que significa que puede "encenderse" o "apagarse", pero la secuencia genética o su código no cambian.

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Los investigadores utilizaron un protocolo de secuenciación de metiloma de una sola célula que desarrollaron para el estudio y lo aplicaron a las células cerebrales en la corteza frontal de un ratón adulto joven y un humano adulto joven.

Aplicaron el protocolo de secuenciación a un total de 3,377 neuronas de ratón (generando metilomas y cubriendo el 4,7 por ciento del genoma del ratón) y 2,784 neuronas humanas (que cubren el 5,7 por ciento del genoma humano).

Las células cerebrales tienen dos tipos de metilación en comparación con otros tipos de células que solo tienen una, y los investigadores asignaron los dos tipos.

Cómo se regulan los genes en tipos de neuronas

En total, los científicos catalogaron cambios epigenéticos en más de 6,000 células cerebrales, el equivalente de un trillón de bases de ADN.

Con base en los patrones de metilación, los investigadores pudieron agrupar las neuronas del ratón en 16 subtipos, y los humanos en 21 subtipos. Los científicos también definieron nuevos subtipos de neuronas humanas.

Significativamente, los investigadores encontraron que los patrones de metilación de las neuronas inhibidoras eran más similares entre ratones y humanos que los de las células cerebrales excitatorias. Esto sugiere que las neuronas inhibidoras son particularmente importantes, y que puede haber una razón evolutiva para preservar aproximadamente los mismos patrones para estas neuronas.

Los autores hablaron a Noticias médicas hoy sobre el significado de sus hallazgos, diciendo: "Nuestro estudio, por primera vez, examinó la diversidad neuronal de humanos [y] ratones usando una plataforma técnica uniforme".

"Estamos entusiasmados por la observación de que [el] cerebro humano muestra una mayor diversidad de tipo neuronal que [el] cerebro de ratón, lo que es consistente con funciones corticales más elaboradas en los humanos", agregaron.

Los investigadores también hablaron MNT sobre las implicaciones clínicas de sus hallazgos.

"Para muchas enfermedades psiquiátricas como el autismo o la esquizofrenia, los tipos celulares exactos responsables de la enfermedad siguen siendo esquivos. La mayoría de los estudios previos no fueron capaces de separar los tipos celulares [...] El método que hemos desarrollado amplía la resolución al nivel de una sola célula. potencialmente nos permite identificar los tipos de células que juegan un papel causal en las enfermedades neurológicas ".

"Nuestro estudio permite la identificación de regiones reguladoras de genes específicos del subtipo de neuronas, y por lo tanto ayudará a interpretar las variantes genéticas asociadas con trastornos neurológicos", agregó el equipo.

La principal fortaleza de la nueva investigación es, según los autores, "la ventaja única de revelar cómo se regulan los genes en cada tipo de neurona", lo que es posible mediante la caracterización de los epigenomas de las neuronas individuales.

Los investigadores también compartieron con nosotros sus planes para futuras investigaciones, diciendo: "Aunque solo analizamos un área del cerebro en el estudio actual (córtex frontal) estamos ansiosos de comenzar a aplicar este método a todo el cerebro del ratón, y finalmente a [la ] cerebro humano completo, tanto normal como enfermo ".