6 de Octubre de 2021
Nuevos artículos describen la diversidad de neuronas en el cerebro del ratón y establecen herramientas para estudiar el cerebro humano.
Nuevos artículos describen la diversidad de neuronas en el cerebro del ratón y establecen herramientas para estudiar el cerebro humano.
LA JOLLA—Se necesitan miles de millones de células para hacer un cerebro humano, y los científicos han luchado durante mucho tiempo para mapear esta compleja red de neuronas. Ahora, docenas de equipos de investigación en todo el país, dirigidos en parte por científicos de Salk, han avanzado en la creación de un atlas del cerebro del ratón como primer paso hacia un atlas del cerebro humano.
Los investigadores, que colaboran como parte del Instituto Nacional de Salud Iniciativa BRAIN Red de censo celular (BICCN), reportan los nuevos datos hoy en un número especial de la revista Naturaleza. Los resultados describen cómo se organizan y conectan los diferentes tipos de células en todo el cerebro del ratón.
“Nuestro primer objetivo es usar el cerebro de un ratón como modelo para comprender realmente la diversidad de células en el cerebro y cómo se regulan”, dice el profesor Salk e investigador del Instituto Médico Howard Hughes. José Ecker, codirector del BICCN. "Una vez que hayamos establecido herramientas para hacer esto, podemos pasar a trabajar en cerebros de primates y humanos".
La iniciativa NIH Brain Research through Advancing Innovative Neurotechnologies® (BRAIN) es "un esfuerzo a gran escala que busca profundizar la comprensión del funcionamiento interno de la mente humana y mejorar la forma en que tratamos, prevenimos y curamos los trastornos del cerebro". Desde su financiación inicial en 2014, la Iniciativa BRAIN ha otorgado más de $1.8 millones en premios de investigación.
El BICCN, un subconjunto de la Iniciativa BRAIN, se centra específicamente en la creación de atlas cerebrales que describen la plétora completa de células, caracterizadas por muchas técnicas diferentes, en los cerebros de los mamíferos. Salk es una de las tres instituciones que recibieron premios U19 para actuar como actores centrales en la generación de datos para BICCN.
“Esto no es solo una guía telefónica para el cerebro”, dice margarita behrens, un profesor de investigación asociado de Salk que ayudó a dirigir los nuevos artículos de BICCN. "A la larga, para tratar las enfermedades cerebrales, debemos poder identificar exactamente qué tipos de células están teniendo problemas".
El número especial de Naturaleza tiene 17 artículos BICCN en total, incluidos cinco coescritos por investigadores de Salk que describen enfoques para estudiar las células cerebrales y nuevas caracterizaciones de subtipos de células cerebrales en ratones. Algunos aspectos destacados incluyen:
Mientras que otros artículos en la edición especial se relacionan con la función o la estructura de las células cerebrales de los ratones, el trabajo dirigido por Ecker, Behrens y sus colegas se centra principalmente en la epigenómica de las células cerebrales de los ratones. Cada célula en el cerebro de un ratón contiene la misma secuencia de ADN, pero las variaciones en cómo se regula este ADN, su llamado "epigenoma", le dan a las células su identidad única. La disposición de los grupos químicos de metilo en la base de citosina en el ADN (conocida como "metilación de citosina"), que especifica cuándo se activan o desactivan los genes, es una forma de regulación epigenómica que puede influir en gran medida en la enfermedad y la salud en el cerebro.
In uno de los nuevos papeles, el equipo de Salk analizó 103,982 XNUMX células cerebrales de ratón utilizando la secuenciación de metilación del ADN de una sola célula. Este enfoque, desarrollado en el laboratorio de Ecker, permite a los investigadores estudiar el patrón de grupos químicos de metilo en cada hebra de ADN en las células cerebrales.
Cuando aplicaron la técnica a las miles de células recolectadas de 45 regiones diferentes del cerebro del ratón, pudieron identificar 161 grupos de tipos de células, cada uno distinguido por su patrón de metilación.
"Antes de ahora, ha habido varias formas de describir las células cerebrales en función de su ubicación o su actividad eléctrica", dice Hanqing Liu, estudiante de posgrado en el laboratorio de Ecker y coautor del artículo. "Realmente hemos ampliado la definición de tipo de célula aquí y usamos la epigenómica para definir cientos de tipos de células potenciales".
El equipo continuó demostrando que los patrones de metilación podrían usarse para predecir de qué parte del cerebro provenía una célula determinada, no solo dentro de regiones amplias sino hasta capas específicas de células dentro de una región. Esto significa que, con el tiempo, podrían desarrollarse fármacos que actúen solo en pequeños grupos de células, centrándose en su epigenómica única.
En otro artículo, en coautoría de Ecker y Salk Professor eduardo callaway, los investigadores estudiaron la asociación entre la metilación del ADN y las conexiones neuronales. El equipo desarrolló una nueva forma de aislar células que conectan regiones del cerebro y luego estudiar su metilación. Utilizaron el enfoque en 11,827 neuronas de ratón individuales, todas extendiéndose hacia afuera desde la corteza del ratón. Descubrieron que los patrones de metilación en las células se correlacionaban con los patrones de proyección (destino) de las células. Las neuronas que iban desde la corteza motora hasta el cuerpo estriado, por ejemplo, tenían una epigenómica distinta de las neuronas que conectaban la corteza visual primaria y el tálamo.
"Las neuronas no funcionan de forma aislada, funcionan comunicándose entre sí, por lo que comprender cómo se establecen estas conexiones y cómo funcionan es realmente fundamental para comprender el cerebro", dice Zhuzhu Zhang, becario postdoctoral de Salk y co-primer autor del artículo con el estudiante graduado Jingtian Zhou, ambos miembros del laboratorio de Ecker.
Los investigadores dicen que los nuevos datos sobre las células cerebrales del ratón son simplemente el primer paso para crear un atlas completo del cerebro del ratón, y mucho menos del cerebro humano. Pero comprender qué diferencia los tipos de células es fundamental para futuras investigaciones y futuras terapias cerebrales.
“En estos estudios fundamentales, estamos describiendo la 'lista de piezas' del cerebro”, dice Callaway. “Tener esta lista de piezas es revolucionario y abrirá un nuevo conjunto de oportunidades para estudiar el cerebro”.
Hanqing Liu y Jingtian Zhou, ambos de Salk, fueron coautores del artículo del atlas de metilación del ADN; Zhuzhu Zhang y Jingtian Zhou, ambos también de Salk, fueron coautores del documento de proyección cortical. El trabajo del atlas de metilación fue apoyado por los Institutos Nacionales de Salud Mental (U19MH11483), el Instituto Nacional de Investigación del Genoma Humano (R01HG010634) y el Instituto Médico Howard Hughes. El artículo de proyección cortical fue apoyado por el Instituto Nacional de Salud Mental (U19MH114831 y R01MH063912), el Instituto Nacional del Ojo (R01EY022577 y F31 EY028853) y el Instituto Médico Howard Hughes.
Para más información:
Naturaleza
Posición: Atlas de metilación del ADN del cerebro del ratón con resolución unicelular
Enlace: https://www.nature.com/articles/s41586-020-03182-8
Naturaleza
Posición: Diversidad epigenómica de las neuronas de proyección cortical en el cerebro del ratón
Enlace: https://www.nature.com/articles/s41586-021-03223-w
Naturaleza
Título: Censo de células multimodales y atlas de la corteza motora primaria de mamíferos
Enlace: https://www.nature.com/articles/s41586-021-03950-0
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