Células cerebrales capaces de cambiar de "carrera temprana"

Células cerebrales capaces de cambiar de "carrera temprana"

Los científicos de Salk encuentran una sola molécula que controla el destino de las neuronas sensoriales maduras

LA JOLLA–Los científicos del Instituto Salk han descubierto que el papel de las neuronas, que son responsables de tareas específicas en el cerebro, es mucho más flexible de lo que se creía anteriormente.

Al estudiar las neuronas sensoriales en ratones, el equipo de Salk descubrió que el mal funcionamiento de una sola molécula puede hacer que la neurona haga un cambio de "carrera temprana", cambiando una neurona originalmente destinada a procesar el sonido o el tacto, por ejemplo, para procesar visión.

El hallazgo, reportado el 11 de mayo de 2015 en PNAS, ayudará a los neurocientíficos a comprender mejor cómo se codifica molecularmente la arquitectura del cerebro y cómo puede fallar. También puede señalar formas de prevenir o tratar trastornos humanos (como el autismo) que presentan anomalías sustanciales en la estructura cerebral.

"Encontramos un mecanismo inesperado que proporciona una plasticidad cerebral sorprendente en las neuronas sensoriales en maduración", dice el primer autor del estudio, Andreas Zembrzycki, investigador asociado principal del Instituto Salk.

El mecanismo, un factor de transcripción llamado Lhx2 que se inactivó en las neuronas, puede usarse para activar o desactivar genes para cambiar la función de una neurona sensorial en ratones. Se sabe que Lhx2 está presente en muchos tipos de células además del cerebro y que el feto en desarrollo lo necesita para construir partes del cuerpo. Sin Lhx2, los animales normalmente mueren en el útero. Sin embargo, no se sabía bien que Lhx2 también afecta a las células después del nacimiento.

“Este proceso ocurre mientras la neurona madura y ya no se divide. No entendíamos antes de este estudio que las neuronas relativamente maduras podrían reprogramarse de esta manera”, dice el autor principal. dennis o'leary, profesor de Salk y titular de la Cátedra Vincent J. Coates en Neurobiología Molecular. "Este hallazgo abre una nueva comprensión sobre cómo se establece la arquitectura del cerebro y un posible enfoque terapéutico para alterar ese modelo".

Los científicos creían que la programación de las neuronas era un proceso de un solo paso. Pensaron que las células madre que generan las neuronas también programaban sus funciones una vez que maduraban. Si bien esto es cierto, el equipo de Salk descubrió que se necesita otro paso: el factor de transcripción Lhx2 en las neuronas maduras finalmente controla el destino de la neurona.

En el estudio con ratones, los científicos manipularon Lhx2 para hacer el cambio en el destino neuronal poco después del nacimiento (cuando las neuronas del ratón están completamente formadas y se consideran maduras). El equipo observó que controlar Lhx2 les permitía instruir a las neuronas situadas en un área sensorial para procesar un sentido diferente, agrandando así una región a expensas de la otra. Los científicos aún no saben si apuntar a Lhx2 permitiría que las neuronas cambien su función a lo largo de la vida de un organismo.

“Este estudio demuestra que el cerebro es muy plástico y que responde a las influencias genéticas y epigenéticas mucho después del nacimiento”, dice O'Leary. “Las aplicaciones clínicas para los trastornos cerebrales están muy lejos, pero ahora tenemos una nueva forma de pensar en ellas”.

"Dado que este estudio se llevó a cabo en ratones, no sabemos el marco de tiempo en el que Lhx2 estaría operando en humanos, pero sabemos que después del nacimiento, las neuronas en el cerebro de un bebé aún no se han asentado en su posición final, son todavía está conectado. Eso podría llevar años”, dice Zembrzycki.

Sin embargo, los hallazgos pueden ser un ingrediente que contribuya al éxito de la intervención temprana en algunos niños muy pequeños diagnosticados con autismo, agrega Zembrzycki. "El cableado del cerebro está determinado genéticamente y también está influenciado epigenéticamente por las influencias ambientales y la intervención temprana que previene el cableado cerebral incorrecto puede ser un ejemplo de mecanismos genéticos y epigenéticos convergentes que están controlados por Lhx2".

Los autores del trabajo son Andreas Zembrzycki, Carlos G. Perez-Garcia y Dennis DM O'Leary, todos del Instituto Salk de Estudios Biológicos; y Chia-Fang Wang y Shen-Ju Chou, de la Instituto de Biología Celular y Organísmica, Academia Sínica, en Taiwán.

El trabajo fue financiado por la Los Institutos Nacionales de Salud y una subvención del Consejo Nacional de Ciencias de Taiwán.

Sobre el Instituto Salk de Estudios Biológicos:
El Instituto Salk de Estudios Biológicos es una de las instituciones de investigación básica más importantes del mundo, donde profesores de renombre internacional investigan cuestiones fundamentales de las ciencias de la vida en un entorno único, colaborativo y creativo. Centrados tanto en el descubrimiento como en la orientación de futuras generaciones de investigadores, los científicos de Salk realizan contribuciones innovadoras a nuestra comprensión del cáncer, el envejecimiento, el Alzheimer, la diabetes y las enfermedades infecciosas mediante el estudio de la neurociencia, la genética, la biología celular y vegetal y disciplinas relacionadas.

Los logros de la facultad han sido reconocidos con numerosos honores, incluidos premios Nobel y membresías en la Academia Nacional de Ciencias. Fundado en 1960 por el pionero de la vacuna contra la polio Jonas Salk, MD, el Instituto es una organización independiente sin fines de lucro y un hito arquitectónico.