Sábado, Junio 14, 2005
La Jolla, CA – Los cerebros son maravillas de la diversidad: no hay dos iguales, ni siquiera los de gemelos idénticos. Los científicos del Instituto Salk de Estudios Biológicos pueden haber encontrado una explicación para la desconcertante variedad en la organización y función del cerebro: elementos móviles, piezas de ADN que pueden saltar de un lugar a otro en el genoma, cambiando aleatoriamente la información genética en células cerebrales individuales. . Si ocurren suficientes de estos saltos, podrían permitir que los cerebros individuales se desarrollen de maneras claramente diferentes.
“Esta movilidad agrega un elemento de variedad y flexibilidad a las neuronas en un verdadero sentido darwiniano de aleatoriedad y selección”, dice Fred H.Gage, profesor y codirector del Laboratorio de Genética del Instituto Salk y autor principal del estudio publicado en la revista Nature de esta semana. Este proceso de crear diversidad con la ayuda de elementos móviles y luego seleccionar a los más aptos está restringido al cerebro y no afecta a otros órganos. “No querrías ese elemento adicional de individualidad en tu corazón”, agrega.
Las células precursoras en el cerebro embrionario, que maduran en neuronas, se ven y actúan más o menos igual. Sin embargo, estos precursores finalmente dan lugar a una panoplia de células nerviosas que son enormemente diversas en forma y función y juntas forman el cerebro. Identificar los mecanismos que conducen a esta diversificación ha sido un desafío de larga data. “La gente ha especulado que podría haber un mecanismo para crear diversidad en el cerebro como lo hay en el sistema inmunológico, y la diversidad del sistema inmunológico es quizás la analogía más cercana que tenemos”, dice Gage.
En el sistema inmunitario, los genes que codifican anticuerpos se mezclan para crear una amplia variedad de anticuerpos capaces de reconocer una cantidad infinita de antígenos distintos.
En su estudio, los investigadores rastrearon de cerca un solo elemento genético móvil humano, el llamado elemento LINE-1 o L1 en células precursoras neuronales cultivadas de ratas. Luego lo introdujeron en ratones. Cada vez que el elemento L1 diseñado saltaba, la celda afectada comenzaba a brillar en verde. "Nos emocionamos mucho cuando vimos células verdes en todo el cerebro de nuestros ratones", dice la investigadora y coautora M. Carolina N. Marchetto, "porque entonces supimos que sucedió in vivo y no podía descartarse como un artefacto de cultivo de tejidos.”
Los elementos L1 transponibles, o "genes saltadores", como se les llama a menudo, constituyen el 17 por ciento de nuestro ADN genómico, pero se sabe muy poco sobre ellos. Casi todos están aislados en un lugar permanente debido a mutaciones que los vuelven disfuncionales, pero en los humanos, aproximadamente un centenar son libres de moverse a través de un mecanismo de "copiar y pegar". Descartados durante mucho tiempo como galimatías inútiles o ADN "basura", se pensaba que los elementos L1 transponibles eran parásitos intracelulares o restos de nuestro pasado evolutivo distante.
Se sabe desde hace mucho tiempo que los elementos L1 están activos en los testículos y los ovarios, lo que explica cómo juegan un papel potencial en la evolución al transmitir nuevas inserciones a las generaciones futuras. “Pero nadie ha demostrado jamás la movilidad de manera convincente en células distintas de las células de la línea germinal”, dice Gage.
Además de su actividad en los testículos y los ovarios, los elementos saltadores de L1 no solo son exclusivos del cerebro adulto, sino que también parecen ocurrir durante las primeras etapas del desarrollo de las células nerviosas. El equipo de Salk encontró inserciones solo en células precursoras neuronales que ya habían hecho su compromiso inicial de convertirse en una neurona. Otros tipos de células que se encuentran en el cerebro, como los oligodendrocitos y los astrocitos, no se vieron afectados.
Al menos en la línea germinal, las copias de L1 parecen insertarse de forma más o menos aleatoria en el genoma de su célula huésped. “Pero en las células progenitoras neuronales, estos elementos móviles parecen buscar genes expresados en las neuronas. Creemos que eso se debe a que cuando las células comienzan a diferenciarse, las células comienzan a abrir genes y exponen su ADN a las inserciones”, explica la coautora Alysson R. Muotri. “Lo que hemos demostrado por primera vez es que una sola inserción puede estropear la expresión génica e influir en la función de las células individuales”, añade.
Sin embargo, es demasiado pronto para decir con qué frecuencia los elementos L1 endógenos se mueven en las neuronas humanas y qué tan estrictamente se regula este proceso o qué sucede cuando este proceso sale mal, advierte Gage. "Solo observamos un elemento L1 con un gen marcador y solo podemos decir que la motilidad probablemente sea significativamente mayor para los elementos L1 endógenos", agrega.
El Instituto Salk de Estudios Biológicos en La Jolla, California, es una organización independiente sin fines de lucro dedicada a los descubrimientos fundamentales en las ciencias de la vida, la mejora de la salud humana y la capacitación de futuras generaciones de investigadores. Jonas Salk, MD, cuya vacuna contra la poliomielitis casi erradicó la poliomielitis, una enfermedad paralizante en 1955, inauguró el Instituto en 1965 con un terreno donado por la ciudad de San Diego y el apoyo financiero de March of Dimes.
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