No es sorprendente para los científicos que la variedad sea la esencia misma de la biología, no solo el condimento, sino que la mayoría de los estudios previos de células cerebrales clave han encontrado poca variabilidad en un proceso celular común que involucra cómo se lee y actúa la información genética.
El proceso, llamado epigenética, involucra "ajustes" químicos o estructurales a la actividad genética que no afectan el código genético subyacente en sí, pero sí afectan cuándo y cómo un gen está disponible para ser leído para sus instrucciones de codificación de proteínas. Cuándolos cambios epigenéticos se producen en el momento o lugar incorrectos, el proceso activa o desactiva los genes en el momento y lugar incorrectos.
Ahora, en un nuevo estudio que se enfoca en cuatro regiones del tejido cerebral humano normal, los científicos de Johns Hopkins han encontrado alrededor de 13,000 regiones de diferencias epigenéticas entre neuronas en diferentes regiones del cerebro que varían al menos en un 10 por ciento. Utilizando la secuenciación del genoma completo y estadísticas computacionalesherramientas, también encontraron que la ubicación de esos cambios epigenéticos, que cubren alrededor de 12 millones de bases en el genoma, se ubican junto con la señal genética que contribuye al comportamiento adictivo, la esquizofrenia y las neurosis, como el trastorno biopolar.
"Creemos que hemos descubierto qué partes del genoma neuronal son epigenéticamente diferentes entre estas cuatro regiones cerebrales", dice Andrew Feinberg, MD, Profesor Distinguido de Medicina, Oncología y Biología Molecular y Genética de Bloomberg ". Y estas áreas sonenriquecido con variantes genéticas heredadas vinculadas a ciertas afecciones psiquiátricas "
Los científicos han sospechado durante mucho tiempo que la epigenética juega un papel importante en las condiciones psiquiátricas, otras enfermedades neurológicas como el Alzheimer y una larga lista de otras dolencias humanas, incluido el cáncer. El estudio actual no prueba definitivamente un vínculo epigenético a las condiciones psiquiátricas, peroproporciona una hoja de ruta para seguir estudiando la diversidad epigenética en las ubicaciones genéticas identificadas por el equipo de Johns Hopkins, dice Feinberg.
"Sabemos que los cambios epigenéticos y genéticos contribuyen al problema de que las células no hagan lo que se supone que deben hacer", agrega Feinberg, quien ha estudiado epigenética durante décadas. Los resultados del estudio se describen en línea el 14 de enero en Neurociencia de la naturaleza .
El bioestadista Kasper Hansen, Ph.D., que codirigió el estudio con Feinberg, dice que una de las principales diferencias entre su estudio y los intentos anteriores de analizar la diversidad epigenética es que los científicos de Johns Hopkins utilizaron un diseño experimental fuerte centrado endiferentes poblaciones celulares, incluidas las neuronas. Otros estudios no separaron las neuronas de las células gliales del cerebro, que apoyan a las neuronas, actuando como andamios, limpiadores y proveedores de nutrientes.
Los científicos de Johns Hopkins, incluidos los primeros autores Lindsay Rizzardi y Peter Hickey, comenzaron su investigación con 45 muestras de tejido cerebral tomadas de seis personas tres hombres y tres mujeres, de 37 a 57 años de edad que no fueron diagnosticadas con afecciones psiquiátricas o neurológicas y, tras su muerte, habían donado sus cerebros a biobancos en los Institutos Nacionales de Salud y la Universidad de Maryland.
Las muestras se tomaron de cuatro regiones del cerebro: la corteza prefrontal dorsolateral, que controla la toma de decisiones y los comportamientos sociales; el giro cingulado anterior, conocido por su vínculo con las emociones y el comportamiento; el hipocampo, que es responsable del aprendizaje ymemoria y el núcleo accumbens, el sitio para procesar el comportamiento de recompensa. Al comparar muestras del mismo individuo en diferentes regiones del cerebro y poblaciones celulares, es posible descartar el efecto de confusión de la genética y muchas exposiciones ambientales, como fumar, diceHansen.
Los científicos purificaron las muestras de tejido cerebral para aislar neuronas y glía, secuenciaron el genoma de las neuronas y compararon los resultados de secuenciación de las neuronas en cada región del cerebro. Al observar la distribución de los cambios epigenéticos en todo el genoma, los científicos encontraron más diversidad epigenética en12 millones de pares de bases de 3 mil millones del genoma de lo que normalmente ocurriría en esas regiones solo por casualidad. Descubrieron que la mayoría de las diferencias en la epigenética ocurrieron en las neuronas del núcleo accumbens, el centro de recompensa del cerebro.
Utilizando herramientas estadísticas para evaluar los resultados de la secuencia genómica, los investigadores encontraron que al menos uno de los ocho tipos de cambios epigenéticos se correlacionó positivamente con los cambios conocidos del código genético en casi la mitad 13 de 27 de los rasgos vinculados a formas heredables de comportamiento adictivo, esquizofrenia y neuroticismo. Los cambios epigenéticos no estaban relacionados con las diferencias genéticas entre los rasgos heredables, no relacionados con el cerebro, como el índice de masa corporal y la altura.
Hansen, que es profesor asociado de bioestadística en la Escuela de Salud Pública Bloomberg de Johns Hopkins y el Instituto de Medicina Genética McKusick Nathans, explica que el fuerte diseño experimental ayuda a eliminar las diferencias entre los individuos al comparar múltiples muestras de diferentes regiones del cerebro de la mismaindividual. "Además, la fuerza de la asociación genética también está determinada por los resultados existentes sobre la arquitectura genética de estos rasgos, que se han establecido de decenas a cientos de miles de muestras", dice Hansen.
"Los cambios epigenéticos pueden alterar la identidad de las células y su función", sugiere Feinberg, quien también es profesor de ingeniería biomédica, bioestadística y psiquiatría y ciencias del comportamiento en Johns Hopkins ". Para revelar cómo la epigenética está vinculada a las condiciones psiquiátricas,el siguiente paso es desarrollar matrices genómicas personalizadas que capturen las áreas del genoma que identificamos y las comparen con más muestras de personas con y sin enfermedad psiquiátrica ".
La investigación fue apoyada por la Oficina del Director de los Institutos Nacionales de Salud y el Instituto Nacional del Cáncer U01MH104393n, U24CA180996.
El equipo de investigadores de Johns Hopkins también incluye a Varenka Rodriguez DiBlasi, Rakel Tryggvadóttir, Colin M. Callahan y Adrian Idrizi.
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Materiales proporcionado por Medicina Johns Hopkins . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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