La corteza cerebral, el epicentro del cerebro de funciones cognitivas de alto nivel, como la formación de la memoria, la atención, el pensamiento, el lenguaje y la conciencia, ha fascinado a los neurocientíficos durante siglos.
Los científicos saben desde hace tiempo que este "centro de comando" está organizado en seis regiones o capas distintas, pero la forma en que surge esta compleja organización durante el desarrollo ha sido en gran medida un misterio.
Ahora, una investigación dirigida por científicos de la Facultad de Medicina de Harvard proporciona algunas nuevas y tentadoras pistas sobre el desarrollo de la corteza cerebral de los mamíferos.
Los experimentos, publicados el 6 de junio en neurona , se realizaron en ratones. Si se replican en otros estudios, estos hallazgos podrían cambiar nuestra comprensión de una variedad de trastornos del desarrollo neurológico.
Los resultados revelan que una gran clave para la organización compleja de la corteza de los mamíferos es un gen que se expresa en las células madre neurales durante el desarrollo temprano, pero no en las neuronas en sí. Cuando la función de este gen falla mal en el desarrollo temprano, también lo hace la cortezaorganización más adelante.
Para comprender mejor la organización de la corteza cerebral, los líderes del estudio Corey Harwell, profesor asistente de neurobiología en la Facultad de Medicina de Harvard, y José Manuel Baizabal, investigador en neurobiología en el laboratorio de Harwell, se centraron en una proteína llamada PRDM16. Investigaciones anteriores habían demostrado que estola proteína ayuda a mantener la integridad de las células madre neurales, las células que producen neuronas, y ayuda a su progenie a convertirse en neuronas durante el desarrollo.
En un conjunto de experimentos iniciales, los investigadores analizaron la actividad del gen que produce PRDM16 en las cortezas cerebrales de varias especies de mamíferos, incluidos los humanos. Observaron que el gen está activo en todas las especies, una conservación que subraya la importancia del genDurante el desarrollo neuronal a través de múltiples organismos, dijeron los investigadores. Es importante destacar que este gen solo está activo en las células madre neurales, pero no está activo en las neuronas que producen posteriormente.
Para dilucidar el papel del gen en el cerebro, los investigadores crearon modelos animales en los que se desactivó la actividad del gen. A medida que se desarrollaron los cerebros de estos animales, sus cortezas crecieron al mismo tamaño que las de los animales con PRDM16 normalmente activo. Sin embargo, la organización de las cortezas en animales con PRDM16 inactivo se alteró significativamente: las neuronas normalmente ubicadas en las capas externas no encontraron su camino y permanecieron "atrapadas" en las capas más profundas.
"Este hallazgo sugiere que la migración de las células neuronales desde donde 'nacen' en el cerebro hasta donde finalmente terminan se ve afectada cuando PRDM16 no está funcionando", dijo Harwell. "Observamos que las neuronas de los animales cuyaslos cerebros que carecían de PRDM16 no pudieron encontrar las posiciones correctas, lo que resultó en una arquitectura cortical inapropiada ".
Pero por qué y cómo exactamente la eliminación de PRDM16 causó una estructura tan desordenada y una maduración neuronal inadecuada, se preguntaron los científicos. Investigaciones anteriores ya habían demostrado que esta proteína se adhiere a muchos sitios en todo el genoma de las células, lo que afecta la expresión de muchos genes por medio de químicosmodificando la estructura de su ADN sin cambiar la secuencia de ADN en sí. Cuando los investigadores compararon la actividad genética en las células progenitoras neurales de animales con cerebros con deficiencia de PRDM16 y aquellos con niveles normales de la proteína, descubrieron que eliminar PRDM16 afectaba a más de 1,000genes y alteraron su capacidad de producir sus respectivas proteínas.
Una mirada aún más cercana, agregó Harwell, mostró que PRDM16 se une a más de 30,000 sitios del genoma que se consideran no codificantes, lo que significa que no producen proteínas directamente. Pero estos sitios son críticos porque coordinan la actividad de los genesque están involucradas en el establecimiento del número y la posición de las neuronas. Esa regulación parece transmitirse de progenitor a progenie, explicó Harwell, afectando las células aguas abajo de aquellas en las que la actividad PRDM16 está ausente. En otras palabras, solo las neuronas corticales que tienen el derechoEl linaje de células madre o el pedigrí pueden alcanzar su posición final en la corteza cerebral.
Uno de estos genes directamente regulados por PRDM16 conocido como Pdzrn3, parece ser un regulador clave de la organización final del cerebro. Los investigadores demostraron que eliminar PRDM16 aumentó la expresión de Pdzrn3 en las neuronas recién producidas, lo que redujo la capacidad de estas célulasmigrar a las capas externas del cerebro. Cuando los investigadores redujeron Pdzrn3 a niveles normales, la migración también volvió a la normalidad.
Para asegurarse de que este efecto se derivara de la capacidad de PRDM16 de modificar la estructura del ADN para afectar la expresión génica y no otro efecto de esta proteína, los investigadores eliminaron solo la sección de esta proteína responsable de esta función. Luego colocaron esta proteína nuevamenteen los cerebros de los animales en los que faltaba su PRDM16 nativo. La proteína mutante era esencialmente no funcional, lo que lleva a un desarrollo similar a no tener PRDM16 en absoluto.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Escuela de Medicina de Harvard . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cite esta página :