Los científicos del Instituto Médico Howard Hughes HHMI han perfilado características clave del material genético dentro de tres tipos de células cerebrales y encontraron grandes diferencias en los patrones de modificaciones químicas que afectan la forma en que se regulan los genes en cada tipo de neurona.posible gracias a un nuevo método para recolectar y purificar los núcleos de tipos específicos de células. Hacer este tipo de estudio sobre las células en el tejido cerebral ha sido un desafío porque las células están densamente empaquetadas e íntimamente entrelazadas.
Un equipo de científicos dirigido por Jeremy Nathans, un investigador de HHMI en la Universidad Johns Hopkins, y Joseph Ecker, un investigador de HHMI en el Instituto Salk de Estudios Biológicos, publicaron los hallazgos el 18 de junio de 2015 en la revista neurona . Nathans y Ecker colaboraron en los estudios con investigadores en los laboratorios del investigador del HHMI Terrence Sejnowski en Salk y Sean Eddy, un líder del grupo en el Campus de Investigación Janelia del HHMI. Los investigadores dicen que el nuevo método para obtener núcleos específicos de tipo celular, unLa adaptación de la tecnología utilizada previamente en las plantas permitirá una amplia gama de estudios en tejidos de mamíferos.
Nathans es un neurocientífico que estudia cómo las células en la retina, la estructura absorbente de luz en la parte posterior del ojo, que se considera parte del cerebro, asumen sus identidades correctas y cómo esas células responden a lesiones y enfermedadesEn 2010, él y Alisa Mo, un estudiante de doctorado / doctorado en su laboratorio, descubrieron un nuevo método que los científicos estaban usando para separar el material genético según el tipo de célula. En lugar de desenredar células enteras, el investigador del HHMI Steven Henikoff y el investigador postdoctoral Roger Dealen el Centro de Investigación del Cáncer Fred Hutchinson había simplificado el problema al aislar solo los núcleos de las células que les interesaban. La mayor parte del ADN de una célula está contenida en su núcleo, así como suficiente ARN para el análisis de la actividad génica. Henikoff y Dealhabía desarrollado el método, que llamaron INTACT, para plantas, pero Nathans y Mo pensaron que podría adaptarse para su uso en mamíferos.
El equipo de Henikoff manipuló genéticamente las células en sus plantas para que las células que querían estudiar, y solo esas células, produjeran una proteína particular que sobresalía del núcleo. Luego podrían romper las células de las plantas y extraer los núcleosestaban interesados en un anticuerpo que se adhiriera específicamente a la proteína nuclear que habían introducido.
"Es una estrategia muy inteligente", dice Nathans. "Pensamos en esto en el contexto del cerebro, donde no es tan fácil aislar las células intactas".
Gilbert Henry, un especialista en investigación en el laboratorio de Eddy, ya estaba diseñando INTACT para trabajar en moscas de la fruta, y ofreció información que ayudó a Mo a desarrollar un sistema similar en ratones. Mo diseñó ratones que portaban un gen para una proteína de membrana nuclear etiquetada que Henry teníadiseñado, SUN-1, que se activaría solo en células que produjeran otra proteína, Cre. Aprovechando los ratones que producen Cre en tipos celulares específicos, podían criar animales en los que su etiqueta nuclear se limitaba a las células que queríanLuego, podrían usar un anticuerpo que se adhiriera a una etiqueta en la proteína SUN-1 para recuperar los núcleos de esas células en particular.
"Creamos esto para que sea potencialmente expresable en cualquier celda", dice Nathans. "Solo necesita la reacción de Cre para activarlo, y hay muchas líneas de mouse disponibles que expresan Cre en diferentes tipos de células".
Para Nathans y Ecker, la primera aplicación de la tecnología fue mapear las modificaciones epigenéticas en varios tipos de células. Las modificaciones epigenéticas son cambios químicos en el ADN que afectan la forma en que se regulan los genes. Son generalizadas e importantes en la configuración de la identidad y función de las células.
Ecker estudia los procesos epigenéticos en plantas y animales, y es líder en estudios de metilación, en el que pequeñas etiquetas químicas llamadas grupos metilo se unen a sitios específicos en el genoma. En 2013, él y sus colaboradores mapearon cómo los patrones de metilación en el tejido cerebralcambiar durante el desarrollo. "Ahora lo que queremos hacer es comenzar a perfilar diferentes subtipos de neuronas para comenzar a observar la diversidad", dice.
Para sus experimentos, el equipo aisló los núcleos de tres tipos de neuronas: neuronas excitadoras y dos tipos de neuronas inhibidoras, interneuronas PV e interneuronas VIP. "Estas neuronas desempeñan funciones funcionales muy distintas", dice Mo. "Las neuronas excitadoras dan lugar aa la salida del cerebro, mientras que las neuronas inhibidoras son moduladoras de la salida ". Es importante destacar que las clases individuales de neuronas inhibidoras son bastante escasas en el cerebro, por lo que cualquier característica única de esas células probablemente se habría perdido en estudios anteriores que analizaron eltejido en su conjunto.
El equipo mapeó los sitios de metilación para cada tipo de célula. También observaron cuán accesibles eran las diferentes regiones de ADN dentro de cada tipo de célula. El empaque de ADN agrupa los cromosomas, empacando la mayor parte del ADN pero dejando algunas regiones accesibles para la maquinaria que cambiagenes en e inicia la producción de proteínas, por lo que la accesibilidad tiene un profundo efecto en la actividad genética. Además, los científicos analizaron el ARN nuclear, una medida de la actividad de genes específicos
Los experimentos generaron cantidades masivas de datos. Eran A. Mukamel, biólogo computacional en el laboratorio del investigador HHMI Sejnowski, aplicó análisis sofisticados para darle sentido a todo.
La variación en los paisajes epigenéticos de los tres tipos de células fue asombrosa. Los científicos identificaron más de 200,000 sitios donde la accesibilidad a la cromatina y las firmas de metilación del ADN diferían entre las células.
"No estábamos seguros de qué esperar. Este fue un proyecto exploratorio a nivel de descubrimiento", dice Ecker. Una sorpresa, dice, es que los dos tipos de neuronas inhibidoras en su estudio diferían entre sí tanto comodiferían de las neuronas excitadoras ". Aunque los dos tipos de neuronas inhibitorias son muy similares entre sí en términos de morfología, conectividad sináptica y los tipos de moléculas pequeñas que usan para la señalización, son muy diferentes en términos de metilaciónpatrón. Eso significa que hay mucha información adicional aquí, fuera de donde se expresan los genes ", dice.
Un nivel importante de información descubierta en sus datos fue un registro de la expresión génica pasada. "Pudimos ver una firma particular de metilación de lo que probablemente sucedió anteriormente", dice Ecker.
De los datos surgieron muchos indicios hacia futuras líneas de investigación, y Nathans y Ecker planean continuar usando el sistema INTACT en su propia investigación. Mientras tanto, esperan que otros científicos adopten la tecnología para sus propios experimentos. El método es sencilloy los ratones genéticamente modificados están disponibles gratuitamente, dicen. Mo dice que hay muchas oportunidades para explorar cómo la enfermedad y el desarrollo alteran los patrones epigenéticos en tipos específicos de neuronas, pero señala que el sistema también se puede aplicar fuera del cerebro ".desarrolló un enfoque amplio que puede aplicarse a muchos sistemas diferentes. No se limita a ningún tipo de modelo de órgano o enfermedad ", dice.
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Materiales proporcionado por Instituto Médico Howard Hughes HHMI . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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