Resuelta una de las claves para construir un cerebro… de mosca

La embriogénesis es el proceso por el cual se crean las estructuras necesarias para formar un ser vivo funcional. Si la observamos desde el punto de vista biológico, notaremos que se trata de un conjunto de genes que se activan y desactivan con la precisión necesaria para decirles a las células donde tienen que ir y en qué tipo celular se tienen que transformar (neuronas, células musculares, células inmunitarias…). Y es que recordemos que todas las células del cuerpo tienen la misma información genética y, entre los diferentes tipos celulares, difieren las partes que tienen activadas y las que no.

La historia que llevamos dentro

Por ejemplificar esta información de forma visual, imaginemos que el genoma de la célula es un libro. En ese libro tenemos las instrucciones necesarias para crear una historia, pero nos han mandado corregirla y adaptarla a nuestro gusto con la única condición que solo podemos tachar lo escrito, nunca escribir nada nuevo ni borrar. Según vayamos tachando letras, palabras o páginas enteras se nos puede quedar una historia bastante diferente a la inicial y, sobre todo, muy distinta a que le puede quedar a otra persona. En un principio, los libros tenían la misma información, pero tras estos cambios tenemos más de una interpretación.

Algo similar sucede con las células; en su ADN se producen cambios moleculares que silencian genes y permiten que se transformen en células ligeramente diferentes unas de otras. Este conjunto de cambios que afectan a la expresión de los genes, pero no modifican su información se llama “epigenética”, es decir, lo que está por encima de la información genética y es menester para la regulación.

Cómo se modifica la historia

Al contrario que para tachar palabras de un libro, nosotros no podemos realizar cambios epigenéticos a voluntad, si no que están orquestados por una serie de moléculas señalizadoras. Estas moléculas son como paquetes de información que se transmiten en las llamadas “cascadas de reacciones” y actúan, de forma simplificada, como el método biológico de transmitir esa información hacia el interior celular para indicarle a la célula qué hacer en todo momento.

Entender estas cascadas, por tanto, permite comprender qué está pasando en la célula y qué va a hacer en un futuro. Y por esa misma razón, científicos de varias universidades han estado investigando esos mecanismos para entender cómo se forman las diferentes partes del cerebro.

Sin embargo, realizar estos estudios en humanos sería una tarea increíblemente compleja por los más de 80 000 millones de neuronas que hay en un cerebro humano promedio. Por ello, los investigadores recurren a organismos modelo más sencillos como los ratones y las moscas. Estos organismos comparten muchas de las señales moleculares con las nuestras y en todos ellos los diferentes tipos de neuronas se generan de forma secuencial a medida que el cerebro se desarrolla, lo que los convierte en excelentes modelos de estudio. Además, en los experimentos con animales se puede obtener una mayor cantidad de material biológicoy de réplicas.

La historia cambia con el tiempo

En la investigación que hemos nombrado, que se encuentra publicada en Nature, los investigadores estudiaron el cerebro de la mosca de la fruta Drosophila para descubrir el conjunto completo de factores de transcripción temporal necesarios para generar los aproximadamente 120 tipos de neuronas de la médula, una región relacionada con la visión del insecto. Gracias a esto han podido entender el mecanismo por el que las células madre neurales producen diferentes neuronas a lo largo del tiempo y dilucidar el mapa de activación de los genes necesarios para que esto ocurra.

Para llevar a cabo tamaña tarea, tomaron más de 50 000 células individuales y obtuvieron su transcriptoma, es decir, todos los genes que se estaban expresando en un momento concreto en cada una de esas células. Esto les llevo a descubrir exactamente qué moléculas eran necesarias para el proceso e identificaron los llamados “factores de transcripción temporal”, que regulan la expresión de genes específicos que permiten que las células madre neurales produzcan neuronas diferentes según el momento del desarrollo en el que se encuentren.

En palabras de Nikolaos Konstantinides, uno de los autores principales del estudio y ahora jefe de grupo en el Instituto Jacques Monod de París: “Anteriormente se habían identificado varios factores de transcripción temporal en el sistema visual del cerebro utilizando los anticuerpos disponibles; ahora hemos identificado la serie completa, formada por 10 que pueden crear todos los tipos de neuronas en esta región del cerebro”.

Comprender estos mecanismos y trasladarlos a otros organismos permitirá, en un futuro, entender cómo se desarrolla el cerebro y estudiar nuevas formas de medicina regenerativa para poder tratar daños neurológicos, algunos de los cuales no tienen cura actualmente.

QUE NO TE LA CUELEN

• Compartimos gran parte de las rutas moleculares y del genoma con los animales modelo, de hecho, compartimos más de un 60% de los genes con las moscas, y hasta un 85% con los ratones. Sin embargo, esta afirmación puede malinterpretarse fácilmente; no es que el genoma de la mosca y el humano sean un 60% iguales, porque en el genoma no hay solo genes, si no que existen muchas otras regiones con otras funciones que son menos similares.

REFERENCIAS (MLA)

• Konstantinides, Nikolaos et al. “A Complete Temporal Transcription Factor Series In The Fly Visual System”. Nature, 2022. Springer Science And Business Media LLC, https://doi.org/10.1038/s41586-022-04564-w.