El descubrimiento de firmas moleculares de neuronas inmaduras en el cerebro humano proporciona nuevos conocimientos sobre la plasticidad del cerebro

Un equipo dirigido por investigadores de la Escuela de Medicina Perelman de la Universidad de Pensilvania ha utilizado técnicas avanzadas para demostrar que, en una región clave de la memoria del cerebro llamada hipocampo, las neuronas plásticas inmaduras están presentes en cantidades significativas a lo largo de la vida humana. Los hallazgos, publicados este mes en Naturaleza, esperan resolver una controversia de larga data sobre la existencia de la «neurogénesis adulta»: la producción de nuevas neuronas inmaduras en el cerebro humano maduro. El descubrimiento también allana el camino para un estudio más profundo de la neurogénesis adulta y su papel en la memoria, el estado de ánimo, el comportamiento y los trastornos cerebrales.

«Muchos mamíferos generan nuevas neuronas en sus cerebros a lo largo de su vida, lo que desempeña un papel fundamental en la plasticidad del cerebro, o la capacidad de cambiar y adaptarse con el tiempo. Esta capacidad de repararse a sí mismo es especialmente importante cuando el cerebro está dañado, que es lo que sucede durante un accidente cerebrovascular o una lesión cerebral», dijo el autor principal Hongjun Song, Ph.D., profesor de neurociencia Perelman en Penn. “Esta plasticidad también es importante para entender enfermedades como el Alzheimer, que afecta la memoria del paciente, entre otras funciones”.

La existencia de neurogénesis adulta en humanos se ha debatido durante décadas. Durante casi un siglo, los neurocientíficos asumieron que, una vez que el cerebro de los mamíferos maduraba, no se producían nuevas neuronas en él; las existentes tenían que durar hasta la edad adulta. Eventualmente, los estudios comenzaron a proporcionar evidencia de neuronas inmaduras recién producidas en el cerebro adulto, en ratones, humanos y otros mamíferos, especialmente en la región olfativa (olfato) y en el hipocampo. Las neuronas inmaduras en el hipocampo fueron y siguen siendo de particular interés, ya que esta región del cerebro juega un papel importante en el aprendizaje, la memoria y la regulación del estado de ánimo, y se reducen en los cerebros de las personas con enfermedad de Alzheimer.

Sin embargo, en los últimos años, otros estudios no han encontrado evidencia de neurogénesis adulta significativa en el hipocampo humano. Ha sido difícil para los neurocientíficos resolver el debate, porque no han tenido un método fácil, sensible y específico para identificar neuronas inmaduras recién producidas en muestras de tejido cerebral humano adulto.

Song, Ming y su equipo superaron este desafío con la ayuda de dos herramientas poderosas y relativamente nuevas. El primero es la secuenciación de ARN de un solo núcleo, que registra esencialmente toda la actividad génica en cualquier célula individual. El segundo es el aprendizaje automático, un tipo de inteligencia artificial que, en este caso, los investigadores utilizaron para analizar enormes conjuntos de datos de actividad genética, para ratones y humanos, para aprender las diferencias sutiles entre las neuronas del hipocampo maduras e inmaduras.

Usando estos métodos, los investigadores confirmaron la presencia de neuronas hipocampales inmaduras, principalmente de un tipo llamado células granulares, en una amplia gama de muestras de cerebro humano desde la infancia hasta los 92 años. población celular, incluso en cerebros ancianos. Los investigadores no encontraron cantidades significativas de neuronas inmaduras en otras regiones del cerebro humano adulto.

El análisis descubrió un amplio patrón de actividad genética característica de las células granulares inmaduras y mostró cómo ese patrón cambia durante el envejecimiento normal, difiere entre humanos y ratones, y se altera en la enfermedad de Alzheimer. De acuerdo con estudios anteriores, los investigadores encontraron que la proporción de células granulares inmaduras entre todas las células granulares se redujo considerablemente en los cerebros con Alzheimer, en más de la mitad en comparación con los cerebros sin Alzheimer de la misma edad.

Además de insinuar el poder de este tipo de análisis para explorar los orígenes de la enfermedad, los investigadores observaron la expresión, a lo largo de la vida en células granulares inmaduras, de genes de riesgo conocidos para trastornos cerebrales, incluidos el Alzheimer y los trastornos del espectro autista. Descubrieron que varios de estos genes de riesgo comenzaron a expresarse en células granulares inmaduras a edades en las que se cree que surge el trastorno relacionado.

El estudio incluyó la identificación de las células progenitoras del hipocampo que se derivan de las células madre neurales y, a su vez, dan origen a nuevas células granulares. Estos experimentos indicaron que los progenitores son relativamente escasos, pero sirven como fuentes constantes de nuevas células granulares, que maduran muy lentamente, en períodos de tiempo de un año o más.

«En el futuro, esperamos que este tipo de investigación pueda ayudar a comprender mejor las causas de enfermedades cerebrales como los trastornos psiquiátricos y el Alzheimer, lo que puede informar la posibilidad de tratar estas enfermedades», dijo el autor principal Guo-li Ming, MD, Ph. D., Profesor Perelman de Neurociencia.