La creación de un cerebro humano sigue siendo un proceso mayormente misterioso que corre desde un tubo neural embrionario hasta más de 100 mil millones de neuronas interconectadas en el cerebro de un recién nacido. Para lograr esta maravilla de la ingeniería biológica, el cerebro fetal en desarrollo debe crecer, en promedio, a un ritmo de aproximadamente 250 000 células nerviosas por minuto durante el transcurso de un embarazo.
Estas células nerviosas a menudo se generan lejos de donde eventualmente residirán y funcionarán en el nuevo cerebro, una migración que, si bien se ha investigado mucho en modelos animales utilizando marcadores químicos o biológicos, nunca se ha estudiado directamente en humanos. Hasta ahora.
En un nuevo artículo, publicado en línea el 20 de abril de 2022 en Naturalezacientíficos de la Facultad de Medicina de la Universidad de California en San Diego y el Instituto de Medicina Genómica Infantil Rady describen métodos novedosos para inferir el movimiento de las células del cerebro humano durante el desarrollo fetal mediante el estudio de individuos adultos sanos que han fallecido recientemente por causas naturales.
«Cada vez que una célula se divide en dos células hijas, por casualidad, surgen una o más mutaciones nuevas, que dejan un rastro de migas de pan que los secuenciadores de ADN modernos pueden leer», dijo el autor principal Joseph Gleeson, MD, Profesor Rady de Neurociencia en la Facultad de Medicina de UC San Diego y director de investigación en neurociencia en el Instituto de Medicina Genómica Rady Children’s.
«Al desarrollar métodos para leer estas mutaciones en el cerebro, podemos revelar información clave sobre cómo se forma el cerebro humano, en comparación con otras especies».
Aunque hay 3 mil millones de bases de ADN y más de 30 billones de células en el cuerpo humano, Gleeson y sus colegas centraron sus esfuerzos en unos pocos cientos de mutaciones de ADN que probablemente surgieron durante las primeras divisiones celulares después de la fertilización del embrión o durante desarrollo temprano del cerebro. Al rastrear estas mutaciones en todo el cerebro de personas fallecidas, pudieron reconstruir el desarrollo del cerebro humano por primera vez.
Para comprender el tipo de células que muestran estas mutaciones de migas de pan, desarrollaron métodos para aislar cada uno de los principales tipos de células en el cerebro. Por ejemplo, al comparar las mutaciones en las neuronas excitadoras con las de las neuronas inhibidoras, confirmaron la antigua sospecha de que estos dos tipos de células se generan en diferentes zonas germinales del cerebro y luego se mezclan en la corteza cerebral, la capa más externa. del organo
Sin embargo, también descubrieron que las mutaciones encontradas en los lados izquierdo y derecho del cerebro eran diferentes entre sí, lo que sugiere que, al menos en los humanos, los dos hemisferios cerebrales se separan durante el desarrollo mucho antes de lo que se sospechaba.
Los resultados tienen implicaciones para ciertas enfermedades humanas, como las epilepsias intratables, en las que los pacientes muestran ataques convulsivos espontáneos y requieren cirugía para extirpar un foco cerebral epiléptico, dijo Martin W. Breuss, PhD, excientífico del proyecto en UC San Diego y ahora profesor asistente en la Facultad de Medicina de la Universidad de Colorado.
Breuss es co-primer autor con Xiaoxu Yang, PhD, investigador postdoctoral y Johannes CM Schlachetzki, MD, científico del proyecto, ambos en UC San Diego; y Danny Antaki, PhD, ex becario postdoctoral en UC San Diego, ahora en Twist Biosciences.
«Este estudio», dijeron los autores, «resuelve el misterio de por qué estos focos casi siempre están restringidos a un hemisferio del cerebro. La aplicación de estos resultados a otras afecciones neurológicas podría ayudar a los científicos a comprender más misterios del cerebro».
Los coautores incluyen: Xin Xu, Changuk Chung, Guoliang Chai, Valentina Stanley, Qiong Song, Traci F. Newmeyer, An Nguyen, Beibei Cao, Jennifer McEvoy-Venneri y Brett R. Copeland, todos en UC San Diego y Rady Children’s Institute para Medicina Genómica; Addison J. Lana, Sydney O’Brien, Marten A. Hoeksema, Alexi Nott, Martina P. Pasilla, Scott T. Barton y Christopher K. Glass, todos en UC San Diego; Shareef Nahas, Lucitia Van Der Kraan y Yan Ding, Rady Children’s Institute for Genomic Medicine y NIMH Brain Somatic Mosaicism Network.
La financiación de esta investigación provino, en parte, del Instituto Médico Howard Hughes, el Instituto Nacional de Salud Mental (subvenciones MH108898, RO1 MH124890, R21 AG070462), el Instituto Nacional sobre el Envejecimiento (subvenciones RF1 AGO6106-02, R01 AGO56511-02, R01 NS096170-04) y el Centro de Genómica IGM de UC San Diego (S10 OD026929).
Video: https://youtu.be/WfrvSYi9M6A
