Investigadores de la Universidad de Harvard y el Instituto Broad del MIT y Harvard han creado un primer atlas detallado de una región crítica del cerebro de ratón en desarrollo, aplicando múltiples tecnologías genómicas avanzadas a la parte de la corteza cerebral que es responsable de procesar la sensación de laAl medir cómo la actividad y la regulación de los genes cambian con el tiempo, los investigadores ahora tienen una mejor comprensión de cómo se construye la corteza cerebral, así como un nuevo conjunto de herramientas para explorar cómo la corteza se ve afectada en las enfermedades del neurodesarrollo.publicado en la revista Naturaleza .
"Hemos tenido un interés de larga data en comprender el desarrollo de la corteza cerebral de los mamíferos, ya que es el asiento de la cognición de orden superior y la parte del cerebro que se ha expandido y diversificado más durante la evolución humana", dijoPaola Arlotta, coautora principal del estudio y profesora de la familia Golub de células madre y biología regenerativa en la Universidad de Harvard. "En este estudio, observamos la corteza con una lente muy fina, prácticamente perfilando todas sus células, unapor uno, todos los días de desarrollo. Catalogamos los cambios en la expresión y regulación génica a un nivel sin precedentes de resolución temporal para construir un primer mapa molecular de resolución unicelular de este asombroso tejido. El mapa nos permitió extraer los primeros principios mecanicistas que gobiernan cómose construye la corteza y comienzan a decodificar cómo las anomalías genéticas afectan un proceso tan controlado en el embrión ".
"En el cerebro en desarrollo, tenemos que considerar tres cosas: los tipos de células que están presentes, dónde se encuentran esas células y en qué etapa de desarrollo se encuentran. Además, al identificar los impulsores que dirigen este proceso endesarrollo normal, podemos comprender mejor qué puede salir mal en la enfermedad ", dijo el coautor principal Aviv Regev, quien era un miembro del instituto principal en el Instituto Broad cuando comenzó el estudio y actualmente es Jefe de Investigación y Desarrollo Temprano de Genentech.
Los investigadores se centraron en la corteza somatosensorial, que puede servir como modelo para otras regiones de la corteza cerebral porque contiene células que representan todas sus clases principales. Para cada día de desarrollo de la corteza, los investigadores analizaron el cerebro utilizando múltiples tecnologías enel nivel de una sola célula. Utilizaron RNA-seq para medir qué genes se expresan, así como transcriptómica espacial para medir dónde se expresan los genes en el tejido. También utilizaron ATAC-seq para medir qué partes del genoma eran accesibles para la regulación.
"Estas tecnologías nos permitieron observar diferentes modos de expresión génica y cómo los genes se regulan entre sí. Al combinar estas tres modalidades, tenemos un sentido más fuerte de cuáles son los genes importantes para dirigir el desarrollo neuronal, por ejemplo", dijo Daniela.Di Bella, becario postdoctoral en el laboratorio de Arlotta y coautor principal del estudio.
Por ejemplo, no ha sido claro exactamente cuándo se establece la diversidad de las diferentes poblaciones de neuronas de la corteza. "Descubrimos que los diferentes sabores de las neuronas se deciden durante el proceso de maduración de las neuronas, en lugar de preestablecerse en sus células madre", DiBella dijo.
Los investigadores también utilizaron sus datos para predecir el mecanismo subyacente de cómo la mutación genética conduce a defectos en el desarrollo cortical, encontrando qué pasos específicos del desarrollo están fallando y qué células están siendo afectadas.
"Hemos creado un atlas molecular único e integral de la corteza somatosensorial en desarrollo, y continuamos extrayendo los datos para obtener más información", dijo el coautor principal Ehsan Habibi. "Nuestro objetivo es que nuestros datos sirvan como recursopara la comunidad de neurociencia en general e informar cómo el campo ve el desarrollo del cerebro, tanto durante los procesos normales como de la enfermedad ".
"Estas mediciones combinadas y extensas nos proporcionaron una primera vista dinámica de la sinfonía de eventos moleculares que se desarrollan a medida que esta región crítica del cerebro se construye en el embrión", dijo Arlotta, quien también es miembro del instituto del Stanley Center.para la Investigación Psiquiátrica en el Instituto Broad. "Los investigadores han estado estudiando el proceso de desarrollo de la corteza cerebral durante más de un siglo, pero los eventos mecanicistas que gobiernan cómo se hacen las células y cómo interactúan para finalmente formar un circuito funcional han permanecido esquivos.En un campo, históricamente hemos analizado este complejo tejido en desarrollo un tipo de célula a la vez, e investigado un pequeño número de genes para determinar su papel en la creación de piezas de este asombroso rompecabezas. Pero el cerebro no desarrolla un tipo de célula a la vez.- es verdaderamente una sinfonía en el sentido de que cientos de tipos de células se desarrollan juntos, utilizando paisajes de genes en constante cambio para formar el tejido adulto.Es la primera vez que se desarrolla la "receta" completa de genes que cualquier clase celular determinada utiliza a medida que se desarrolla.Imagine también obtener un conocimiento detallado de los 'códigos de genes' que se encienden o apagan como distintos linajes de células que se separan entre sí y se construyen.Este tipo de conocimiento mecanicista general ofrece la oportunidad de estudiar el desarrollo cortical de una manera completamente nueva, observando todas las células y todos los genes.Nunca antes habíamos tenido información tan completa y debo admitir que miré los datos con asombro, pensando en el tipo de descubrimiento que permite ".
"Hace diez años, este estudio no habría sido posible porque las tecnologías no existían o no estaban lo suficientemente maduras todavía", dijo Regev. "Pero con los avances en la transcriptómica espacial y unicelular, y los nuevos algoritmos de aprendizaje automático paraCon un gran análisis de datos, pudimos mapear dónde se desarrollan las células, armar esos mapas y ver cómo se desarrolla el desarrollo como una película a lo largo del tiempo. No solo pudimos reconstruir la película, sino que también pudimos vincular esa imagen a una mayor comprensión biológica del desarrollo del cerebro.. Esperamos que este enfoque pueda algún día ayudarnos a comprender y tratar mejor las enfermedades del cerebro ".
Arlotta agregó: "Es una película bastante interesante, una que he esperado filmar durante la mayor parte de mi carrera científica".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Harvard . Original escrito por Jessica Lau. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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