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Molecular Mechanisms of Cerebral Cortex Development

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El marcaje genético proporciona pistas sobre el desarrollo de las complejas redes neuronales en el encéfalo

Una técnica singular basada en el empleo de marcadores genéticos ha permitido esclarecer cómo las células nerviosas se originan durante el desarrollo del encéfalo y forman las redes neuronales que determinan el comportamiento y la actividad cognitiva.

Investigación fundamental
Salud

El encéfalo está formado por miles de millones de células de diferentes tipos que se organizan en complejas redes que determinan la funcionalidad de este órgano. El equipo del proyecto financiado por la Unión Europea MOMECODE está empleando nuevas técnicas de marcaje de células específicas para comprender cómo se desarrollan e interconectan las células nerviosas o neuronas durante el desarrollo encefálico. Los investigadores emplean marcadores genéticos para codificar por colores y visualizar las rutas que siguen las neuronas conforme se desplazan para ubicarse en el lugar que les corresponde en un área concreta del encéfalo, el córtex cerebral en desarrollo. «Cuando una neurona se origina a partir de una célula madre neural, esta normalmente se desplaza a cierta distancia hasta alcanzar el área específica donde se conecta con otras neuronas para dar lugar así a los denominados circuitos neuronales», comenta Simon Hippenmeyer, profesor adjunto en el Instituto de Ciencia y Tecnología de Austria, donde creó un grupo de investigación tras volver de la Universidad de Stanford, en Estados Unidos, restableciéndose de nuevo en Europa gracias a una beca Marie Curie de la Unión Europea. Gracias a una técnica genética denominada análisis de mosaico con marcadores dobles (MADM), los investigadores podemos visualizar pequeños grupos de neuronas o incluso neuronas individuales a nivel de célula única y, al mismo tiempo, modificarlas genéticamente, explica el doctor Hippenmeyer. Comparar células marcadas con proteínas de fluorescencia roja y verde La técnica ayuda a los investigadores a navegar a través de redes densas y seguir de manera precisa el destino de neuronas individuales. Las proteínas con fluorescencia roja o verde empleadas como marcadores se codifican en el genoma del ratón para etiquetar tipos concretos de neuronas y, además, pueden modificarse genéticamente. Posteriormente, se comparan las dos neuronas sanas de un color con las neuronas anormales del otro color para comprender cómo se comportan las células en la salud y la enfermedad. «La técnica MADM nos permite llevar a cabo este proceso con la máxima resolución, de manera que podemos realizar determinados tipos de análisis cuantitativos que antes no eran factibles», afirma el doctor Hippenmeyer. Marcar una célula a la vez que se introduce una modificación genética constituye un auténtico reto técnico. «No existe ninguna otra técnica que permita realizar este procedimiento con la sencillez y la altísima precisión de las que es capaz el MADM», recalca el doctor Hippenmeyer, que detalla que los investigadores generalmente necesitan comparar dos modelos animales diferentes, uno que está enfermo y otro sano, en lugar de visualizar las células conjuntamente en un «mosaico». Tasa fija de neurogénesis La capacidad para cuantificar células individuales condujo al descubrimiento de la existencia de un periodo claro de generación de neuronas durante el desarrollo del encéfalo. «Hay una producción fija de alrededor de ocho o nueve neuronas a partir de una única célula madre neural, que es siempre uniforme», explica el doctor Hippenmeyer. «Este fue un descubrimiento inesperado, ya que la mayoría de las células madre en los distintos órganos se reproducen a una tasa impredecible». Las células madre deben determinar de manera precisa su producción, ya que si no puede haber demasiadas o muy pocas neuronas, lo que conlleva que el encéfalo sea o muy grande o muy pequeño y, además, este proceso está sometido a una tremenda influencia genética, añade el investigador. «Estamos tratando de comprender los mecanismos naturales en las células madre que dan lugar a un encéfalo de tamaño adecuado». Aunque los experimentos del proyecto MOMECODE se llevan a cabo empleando ratones de laboratorio, a la larga esto podría también arrojar luz sobre el desarrollo del encéfalo humano y, probablemente, sobre su evolución. Muchas enfermedades psiquiátricas pueden ser provocadas por cambios sutiles en la arquitectura del encéfalo. La técnica de marcaje y seguimiento celular puede recrearse empleando genes candidato que podrían estar alterados en enfermedades psiquiátricas o la demencia a fin de dilucidar cómo estos cambios afectan al encéfalo. Estos métodos podrían esclarecer la base de los trastornos del neurodesarrollo y ayudar a entender por qué el desarrollo del encéfalo humano es tan sensible.

Palabras clave

MOMECODE, encéfalo, desarrollo encefálico, neuronas, cognición, comportamiento, fluoróforos, biomarcador, células madre, psiquiatría

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27 Mayo 2021