Resumen: Los investigadores han identificado una célula madre única en el cerebro joven que tiene la capacidad de madurar en múltiples tipos de células, lo que podría explicar los orígenes del autismo y el glioblastoma. Estas células madre muestran patrones de expresión genética que regulan el desarrollo temprano del cerebro y, cuando se alteran, pueden provocar afecciones neurológicas.
El estudio proporciona un mapa detallado de expresión genética, que conecta genes relacionados con el autismo con neuronas inmaduras activadas durante el desarrollo del cerebro. Los hallazgos abren vías para abordar el origen del glioblastoma y comprender mejor las raíces del desarrollo del autismo.
hechos importantes
- Descubrimiento de células madre: Una célula madre capaz de madurar en tres tipos de células cerebrales puede conducir al desarrollo de glioblastoma.
- Perspectiva del autismo: Los genes relacionados con el autismo se activan durante etapas clave del desarrollo del cerebro, lo que puede afectar el desarrollo neuronal.
- Mapeo innovador: Un mapa completo de la expresión genética de las células cerebrales revela vínculos entre el desarrollo y la enfermedad.
Fuente: UCSF
Los científicos de la UCSF han descubierto una célula madre en el cerebro joven que tiene el potencial de formar células que se encuentran en los tumores. El avance explica cómo las células cerebrales adultas aprovechan los procesos de desarrollo para desencadenar el crecimiento explosivo que se observa en los cánceres cerebrales malignos como el glioblastoma.
Hicieron el descubrimiento mientras realizaban un extenso estudio genómico de las células cerebrales humanas de las dos primeras décadas de vida. Los hallazgos aparecen el 8 de enero. la naturaleza.
«Muchas enfermedades cerebrales comienzan en diferentes etapas de desarrollo, pero hasta ahora carecíamos de una hoja de ruta integral para comprender simplemente el desarrollo saludable del cerebro», dijo Arnold Kriegstein, MD, PhD, profesor de neurociencia en UCSF y coautor correspondiente. papel
«Nuestro mapa destaca los programas genéticos detrás del desarrollo del cerebro humano que fallan durante tipos específicos de disfunción cerebral».
El estudio midió la expresión genética en células extraídas de muestras de cerebro donadas. Los investigadores rastrearon la ubicación original de cada célula para ayudar a explicar cómo el cerebro crea conexiones.
Además del descubrimiento de una célula madre temprana que podría explicar la genética del glioblastoma en la edad adulta, los datos contienen pistas sobre los orígenes del autismo. Los investigadores han publicado los datos como un recurso para que el campo comprenda una amplia gama de otros trastornos cerebrales.
«Nuestro estudio presenta una de las imágenes más detalladas del desarrollo del cerebro humano», dijo Li Wang, PhD, investigador postdoctoral en el laboratorio de Kriegstein y coautor principal y coautor correspondiente del artículo.
«Las teorías basadas en observaciones clínicas y de laboratorio ahora se pueden probar con estos datos concretos, y estamos entusiasmados de ver qué más se puede hacer con ellos en el campo».
Los patrones revelan el tesoro
La mayoría de los estudios del cerebro en desarrollo se llevan a cabo en modelos animales, que son buenos sustitutos del cerebro humano.
El equipo, dirigido por el coautor Cheng Wang, PhD, y el coautor correspondiente Jingjing Li, PhD, apuesta a que estudiar el cerebro humano podría generar nuevos conocimientos valiosos. Trabajaron con el Neurobiobanco de los Institutos Nacionales de Salud y los hospitales locales afiliados a la UCSF para obtener muestras de cerebro.
Estas muestras, donadas por 27 personas desde sus primeros años de vida hasta la adolescencia, se enviaron a la UCSF y se analizaron para determinar la expresión genética en miles de células individuales.
La expresión genética se refiere a cómo el ADN almacenado en los cromosomas se transcribe en ARN (mensajes genéticos cortos) que luego se utilizan como plantilla para construir proteínas. Al medir el ARN, los investigadores pueden observar el comportamiento de esas células.
«El ARN se degrada rápidamente y es necesario tener tejido muy prístino para obtener datos utilizables», dijo Kriegstein.
«Este es un gran avance para Li y sus colegas al realizar pruebas genómicas de alta resolución en este tejido, y agradecemos a la comunidad por apoyar una investigación tan crítica mediante la donación de este valioso tejido».
Los investigadores analizaron qué partes de cada cromosoma estaban disponibles para expresar genes en cada célula. Etiquetaron de qué parte del cerebro se tomó cada célula.
Los científicos se centraron en células extraídas de la parte anterior y posterior de la corteza cerebral, las áreas responsables del aprendizaje, la memoria y el lenguaje en los humanos.
«El ARN por sí solo no cuenta toda la historia del comportamiento celular», afirmó Wang.
«Al medir el estado del ARN y la cromatina en una sola célula al mismo tiempo y luego asignar cada célula a la estructura del cerebro, podemos comenzar a comprender la historia completa del desarrollo del cerebro».
Combinaciones de genes de riesgo de autismo surgen en el cerebro en desarrollo
El autismo no es causado por una única mutación genética, sino por una combinación de múltiples mutaciones genéticas.
Los investigadores han descubierto que muchos genes correlacionados con el autismo son activados por neuronas inmaduras antes de que se manifieste cualquier síntoma. Las mutaciones en estos genes pueden alterar el desarrollo del cerebro joven y conducir al autismo, dijo.
«Estos programas de expresión genética están activos cuando las neuronas jóvenes migran por el cerebro aún en crecimiento y descubren cómo construir conexiones con otras neuronas», dijo Wang.
«Si algo sale mal en esta etapa, esas neuronas maduras pueden confundirse acerca de dónde ir o qué hacer».
Debido a que el estudio no analizó el tejido de personas con autismo, aún no está claro cómo se desarrolla el autismo en el cerebro. Pero los datos vinculan muchas de las diferencias genéticas asociadas con el autismo con las células que sirven como componentes básicos para el cerebro en desarrollo.
«La gente habla de conectar los puntos para tener una idea de cómo se desarrolla el autismo y, en cierto sentido, hemos identificado muchos de los puntos que impulsan el autismo en un punto crítico del desarrollo», dijo Krigstein.
«Esta parte del desarrollo merece una mayor investigación para desentrañar todos los misterios del autismo».
¿Podría un programa para el desarrollo temprano del cerebro contribuir al crecimiento de tumores en el futuro?
Mientras los investigadores examinaban sus datos, Wang notó un grupo de células madre preparadas para hacer algo inusual. Estas células inmaduras comenzaron a expresar genes que normalmente se encuentran en los tres tipos de células maduras.
Muchas células madre del cerebro en desarrollo maduran hasta convertirse en un solo tipo de célula, como una neurona o una célula de soporte. Algunos pueden madurar en dos tipos. Pero estas células madre pueden madurar en tres linajes: dos tipos de células de soporte llamadas glía y un tipo de neurona.
Los investigadores creen que esta capacidad permite que los tumores de glioblastoma, que contienen tres tipos de células diferentes, crezcan más adelante en la vida.
«El glioblastoma es un desafío porque es muy heterogéneo», dijo Krigstein. «Li encontró un precursor capaz de producir los tres tipos de células de glioblastoma».
El descubrimiento valida la teoría ampliamente aceptada de que los tumores secuestran los programas de crecimiento genético para lograr un crecimiento incontrolado en la edad adulta.
Y puede proporcionar un nuevo enfoque para tratar el glioblastoma en su origen: la «célula madre cancerosa».
«Al comprender el contexto en el que una sola célula madre produce tres tipos de células en el cerebro en desarrollo, podemos interrumpir ese desarrollo cuando reaparece durante el cáncer», dijo Wang.
Autores Además de Wang, Wang, Li y Krigstein, otros autores de la UCSF incluyen a Juan A. Moriano, PhD, Songkang Chen, MD, Guolong Zuo, PhD, Arantxa Cebrian-Silla, PhD, Shaobo Zhang, MD, Tanjila Mukhtar, PhD, Shaohui Wang, Mengi Song, PhD, Lilian Gomes de Oliveira, MA, Qiuli Bi, Jonathan J. Agustín, PhD, Xinxin Ge, PhD, Mercedes F. Paredes, MD, PhD, Eric J. Huang, MD, PhD, Arturo Alvarez-Buyla, PhD y Xin Duan, PhD.
Financiamiento y Divulgación: Este trabajo fue financiado en parte por subvenciones de los NIH (U01MH114825, R35NS097305, P01NS083513, R01NS123912, K99MH131832). Kriegstein es cofundador, consultor y director de Neurona Therapeutics. Para todos los demás fondos, consulte el documento.
Se trata de noticias de investigación sobre genética, cáncer cerebral y autismo.
Autor: carro levi
Fuente: UCSF
Contacto: Levi Gaddy – UCSF
Imagen: Imagen acreditada a Neuroscience News.
Investigación Básica: Acceso abierto.
«Dinámica molecular y celular de la neocorteza humana en desarrollo» por Arnold Kriegstein et al. la naturaleza
Abstracto
Dinámica molecular y celular de la neocorteza humana en desarrollo.
El desarrollo de la neocorteza humana es muy dinámico e implica vías celulares complejas controladas por la regulación genética.
Aquí recopilamos datos emparejados de accesibilidad y transcriptoma de cromatina de un solo núcleo de 38 muestras neocorticales humanas que incluían tanto la corteza prefrontal como la corteza visual primaria.
Estos patrones abarcan cinco etapas principales de desarrollo desde el primer trimestre hasta la adolescencia.
Paralelamente, realizamos análisis transcriptómicos espaciales en un subconjunto de muestras para delinear la organización espacial y la comunicación intercelular.
Este atlas nos permite mapear redes reguladoras de genes específicas de tipo celular, edad y región que sustentan la diferenciación neuronal.
Además, al combinar experimentos de perfiles unicelulares, purificación de progenitores y rastreo de linaje, desentrañamos las complejas relaciones de linaje entre los subtipos de progenitores durante la transición de neurogénesis a gliogénesis.
Identificamos un subconjunto de progenitores intermedios tripotenciales (células progenitoras intermedias tripotenciales (tri-IPC)) que son responsables de la generación local de neuronas GABAérgicas, células precursoras de oligodendrocitos y astrocitos.
En particular, la mayoría de las células de glioblastoma se parecen a las tri-IPC a nivel transcripcional, lo que sugiere que las células cancerosas secuestran los procesos de crecimiento para mejorar el crecimiento y la diferenciación.
Además, al combinar los datos de nuestro atlas con datos de estudios de asociación de todo el genoma a gran escala, generamos un mapa de riesgo de enfermedad que destaca el riesgo enriquecido asociado con el trastorno del espectro autista en las neuronas intratelencefálicas del segundo trimestre.
Nuestro estudio arroja luz sobre la dinámica molecular y celular de la neocorteza humana en desarrollo.
