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Los neurocientíficos han revelado su mapa más completo y detallado de los tipos de células en todo el cerebro del ratón, entregando los últimos resultados de un esfuerzo científico de seis años de duración en el que los investigadores de Seattle Instituto Allen ha jugado un papel protagonista.
Nueve estudios publicados hoy en la revista Naturaleza documentar la identificación de 5.322 tipos diferentes de células cerebrales y rastrear las similitudes y diferencias encontradas en una variedad de especies de mamíferos, incluidos los humanos.
El trabajo amplía estudios previos del Red de censos celulares de la iniciativa BRAINincluso antes encuestas de células en varias regiones del cerebro del ratón, así como comparaciones entre especies de funciones celulares. Investigadores del Instituto Allen unieron fuerzas con colegas del Instituto Broad, Harvard, el Instituto Salk de Estudios Biológicos, la Universidad de California en San Diego, UC-Berkeley y otras instituciones para agregar a su “lista de piezas” para el cerebro.
“Ahora tenemos el atlas de tipos celulares de todas las células del cerebro”. Hongkui Zengvicepresidente ejecutivo y director del Instituto Allen de Ciencias del Cerebro, dijo en un vídeo explicativo. “Este es realmente un logro histórico. … Marca la finalización de un tipo de trabajo que se esfuerza por ser completo. Pero también marca el comienzo de la siguiente fase del viaje. Simplemente abre la puerta a la próxima generación de investigaciones”.
Zeng, autor principal de uno de los artículos de Nature y coautor de otros cinco, dijo que el próximo paso será descubrir exactamente qué hacen todos esos diferentes tipos de células, cómo sus funciones se ven afectadas por las enfermedades y si podría haber formas aún por descubrir de restaurar esas funciones adecuadas.
“No se trata sólo de un catálogo, una lista de tipos de células y dónde se encuentran (información de referencia que por sí sola ya es importante), sino que comenzamos a ver cómo está organizado un cerebro”, dijo Zeng.
Los estudios se basaron en datos de secuenciación genética además de mapas espaciales de expresión genética, recopilados de millones de células.
Los investigadores encontraron una fuerte correlación entre los patrones de expresión genética característicos de los tipos de células y su ubicación en el cerebro. En las regiones superiores del cerebro, también conocidas como regiones dorsales, había una pequeña cantidad de tipos de células muy diversas. Por el contrario, las regiones inferiores o ventrales del cerebro contienen una gran cantidad de tipos de células distintas que están más estrechamente relacionadas entre sí.
“Nuestra hipótesis es una explicación basada en la evolución”, dijo Zeng a Chinaderita y ½ en un correo electrónico. “La parte ventral del cerebro, evolutivamente más antigua (especialmente el hipotálamo / mesencéfalo / rombencéfalo) está involucrada principalmente en la función de supervivencia del animal (incluida la alimentación, la reproducción, el metabolismo, etc.) y, por lo tanto, está sujeta a más procesos evolutivos. limitaciones, y sus tipos de células son más numerosos pero no han divergido mucho”.
Por el contrario, la parte dorsal del cerebro (incluidos la corteza, el tálamo y el cerebelo) participa principalmente en funciones adaptativas que cambian rápidamente, como la especialización sensoriomotora y la cognición. “Por lo tanto, se ha expandido y diversificado más rápido, incluso con menos millones de años de evolución”, dijo Zeng.
Otro estudio comparó la regulación genética en la corteza motora primaria de humanos, macacos, monos y ratones. Los investigadores descubrieron que los patrones de expresión genética que eran específicos de tipos de células particulares parecen haber evolucionado mucho más rápidamente que los patrones compartidos entre diferentes tipos de células.
Dijeron que casi el 80 por ciento de los elementos reguladores que son exclusivos de los humanos son elementos transponibles, es decir, pequeñas secciones de ADN que pueden cambiar fácilmente de posición dentro del genoma.
El análisis también señaló características que están altamente conservadas entre especies en variantes genéticas que se han relacionado con la esclerosis múltiple, la anorexia nerviosa y la adicción al tabaco. Los investigadores dijeron que sus resultados demuestran el valor de los mapas cerebrales para identificar factores genéticos que desempeñan un papel en las condiciones neurológicas.
“Los humanos han evolucionado a lo largo de millones de años, y gran parte de esa historia evolutiva se comparte con otros animales”, explicó en un comunicado de prensa Joseph Ecker, profesor del Instituto Salk que ayudó a dirigir el estudio entre especies. “Los datos de los humanos por sí solos nunca serán suficientes para decirnos todo lo que queremos saber sobre cómo funciona el cerebro. Al llenar estos vacíos con otras especies de mamíferos, podemos continuar respondiendo esas preguntas y mejorar los modelos de aprendizaje automático que utilizamos proporcionándoles más datos”.
Ahora que los investigadores han completado la lista de partes del cerebro del ratón, dedicarán aún más atención al cerebro humano. El Instituto Allen encabeza un esfuerzo de cinco años para crear un atlas de tipos de células humanas con 173 millones de dólares de financiación de la Iniciativa BRAIN.
Zeng dijo que es probable que los mapas de tipos celulares apunten a nuevas estrategias para tratar enfermedades. En ese sentido, tener un mapa preciso podría ser el primer paso para devolver a un cerebro descarriado al camino correcto.
“Sabemos que muchas de las enfermedades se originaron en realidad en partes específicas del cerebro, y probablemente en tipos de células específicas en esas partes del cerebro”, dijo. “Con el mapa en la mano, ahora podemos descubrir exactamente cómo cambiaron los genes en esos tipos de células, en esas partes del cerebro. … Luego podemos crear herramientas genéticas u otro tipo de herramientas, como herramientas farmacológicas, para atacar esos tipos de células específicas”.
John Ngai, director de la Iniciativa BRAIN, sugirió que lo mejor está por llegar.
“Donde antes estábamos en la oscuridad, este logro histórico arroja una luz brillante, brindando a los investigadores acceso a la ubicación, función y vías entre tipos de células y grupos de células de una manera que no podíamos imaginar antes”, dijo Ngai. “Este producto es un testimonio del poder de esta colaboración transversal sin precedentes y allana nuestro camino hacia tratamientos cerebrales más precisos”.
Una sección especial en el sitio web de Nature destaca la investigación de la Red de Censos Celulares de la Iniciativa BRAIN relacionada con el atlas de células cerebrales de ratón, incluidos los nueve artículos publicados hoy, así como un artículo que fue publicado en septiembre.
