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Los mapas epigenómicos muestran cómo los circuitos cerebrales cambian desde el nacimiento hasta la edad adulta
Por primera vez, mediante el mapeo del epigenoma del cerebro humano, los científicos han revelado algunos cambios a gran escala que tienen lugar en los circuitos del cerebro humano desde el nacimiento hasta la edad adulta.
El equipo internacional, que incluye miembros de la Universidad de Australia Occidental (UWA), el Instituto Salk de Estudios Biológicos de California, EE. UU. Y el Instituto de Investigación Biomédica de Bellvitge (IDIBELL) en España, escriben sobre sus hallazgos en un documento publicado en línea en Ciencia el 4 de julio.
Ryan Lister, profesor de UWA y biólogo del genoma, dice en un comunicado:
"Estas nuevas ideas proporcionarán la base para investigar el papel que desempeña el epigenoma en el aprendizaje, la formación de la memoria, la estructura del cerebro y la enfermedad mental".
Si bien el genoma se puede considerar como un manual de instrucciones, que contiene planos (los genes) de los componentes biológicos que componen nuestros cuerpos, el epigenoma descubierto más recientemente se puede considerar como otra capa de instrucciones sobre cómo leer el manual.
El epigenoma es un registro de los cambios químicos que ocurren en el ADN a medida que el organismo se desarrolla. Continuando con la analogía del manual de instrucciones, es como un conjunto de notas y marcadores que dicen, ignoran la página 6 o hacen primero la página 4.
Comprender el epigenoma es clave para entender cómo los genes afectan la salud y la enfermedad bajo la influencia de factores como el estilo de vida, la dieta y el medio ambiente.
Ahora este nuevo estudio ofrece una vista sin precedentes del epigenoma durante el desarrollo del cerebro.
Mediante el mapeo de alta resolución, el equipo ha descubierto patrones únicos en el epigenoma que surgen a medida que los circuitos cerebrales se desarrollan durante la infancia.
El autor principal, Joseph R. Ecker, profesor y director del Laboratorio de Análisis Genómico en el Instituto Salk de California para Estudios Biológicos en California, dice que su estudio revela la reconfiguración a gran escala que experimenta el epigenoma a medida que los circuitos cerebrales maduran.
Durante el desarrollo saludable del cerebro, varios procesos toman tiempo para forjar estructuras y conexiones complejas entre los circuitos cerebrales.
Por ejemplo, la corteza frontal, que se encuentra en la parte frontal del cerebro, es fundamental para pensar, resolver problemas, tomar decisiones y actuar en consecuencia.
Los dos tipos principales de células de la corteza frontal, las neuronas y la glía, hacen cosas bastante diferentes, pero tienen el mismo patrón genético de código de ADN, hecho de las letras A, C, G y T. La diferencia en el camino se comportan es hasta el epigenoma.
Una forma en que el epigenoma controla la interpretación del genoma es etiquetar las letras C en el código de ADN. Esto se hace usando un proceso químico llamado metilación del ADN.
Una etiqueta hace que esa parte del ADN se lea de forma diferente a cuando no tiene una etiqueta: por ejemplo, podría silenciar un gen cercano, por lo que no codifica una proteína en particular. De esta manera, el epigenoma influye en el desarrollo de nuestro cuerpo y la capacidad de hacer y diferenciar entre los tipos de células.
Para el estudio, el equipo usó la secuenciación avanzada de ADN para encontrar exactamente dónde estaban todas las C marcadas en el cerebro de los ratones y las personas desde la etapa de bebé hasta los adultos.
El co-primer autor Eran Mukamel, del Laboratorio de Neurobiología Computacional de Salk, dice:
"Sorprendentemente, descubrimos que un tipo único de metilación del ADN emerge precisamente cuando las neuronas en el cerebro en desarrollo de un niño están formando nuevas conexiones entre sí, esencialmente cuando se está formando un circuito cerebral crítico".
Al principio, los científicos pensaron que el marcaje con C solo se producía cuando una C era seguida por una G (conocida como "CG-metilación"). Luego, más tarde, descubrieron que la metilación sin CG ocurre mucho en el genoma de la célula madre embrionaria humana.
El equipo también había visto ambos tipos de metilación del ADN en las plantas, y debido a esta experiencia se acercaron a este último estudio desde un ángulo ligeramente diferente:
"Estábamos buscando activamente estos sitios de metilación sin CG que no se pensaba que existieran. Nuestro nuevo estudio se suma a esta imagen al mostrar que también existe una abundante metilación sin CG en el cerebro humano", dice Lister.
Se sorprendieron al descubrir que este tipo único de etiquetado del genoma ocurre casi solo en las neuronas, y los patrones son bastante similares de persona a persona.
"Durante este período [feto a principios de la edad adulta], la metilación altamente no conservada (mCH) se acumula en las neuronas, pero no en la glía, para convertirse en la forma dominante de metilación en el genoma neuronal humano", escriben los autores.
Por lo tanto, han descubierto que el epigenoma etiqueta el genoma en las células cerebrales de una manera única, que es diferente a las células en el resto del cuerpo.
El hallazgo es importante porque investigaciones previas sugieren que este tipo de etiquetado es importante para el aprendizaje, la forma de la memoria y la plasticidad cerebral, o la flexibilidad de nuestros circuitos cerebrales.
Ecker agrega:
"Estos resultados ampliaron nuestro conocimiento del papel único de la metilación del ADN en el desarrollo y la función del cerebro. Ofrecen un nuevo marco para evaluar el papel del epigenoma en la función saludable y en las alteraciones patológicas de los circuitos neuronales".
Ecker, Lister y sus colegas fueron los primeros en mapear todo el epigenoma humano.
Escrito por Catharine Paddock PhD
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