Hace más de 100 años, Santiago Ramón y Cajal reveló la extraordinaria diversidad y heterogeneidad de las células individuales del cerebro. Clasificar esta diversidad en un censo organizado ha sido un esfuerzo multigeneracional. Ahora, un grupo de científicos identificó y mapeó espacialmente miles de tipos de células únicas del cerebro de mamíferos, la mayoría de las cuales nunca antes habían sido caracterizadas.
El Nobel español, considerado el padre de la neurociencia moderna, desentrañó los misterios de la estructura del sistema nervioso. Otros científicos se han dedicado a explorar los inagotables recursos del cerebro. Investigadores, incluidos varios de Harvard, se han sumergido profundamente en el cerebro de los mamíferos.
Los científicos informaron en la revista Nature sobre su trabajo a través de una serie de diez artículos, seis de ellos vinculados con la Universidad de Harvard. Es parte de la Investigación del cerebro mediante el avance de neurotecnologías innovadoras de los Institutos Nacionales de Salud, que hasta ahora se ha centrado en ratones. Las fases futuras se trasladarán a los humanos y otros primates.
Los cerebros de los mamíferos albergan miles de millones de células, cada una definida por los genes que expresan. Esta complejidad es la razón por la cual la verdadera comprensión de muchas funciones cerebrales, sigue siendo tan difícil de alcanzar. Incluidos los mecanismos moleculares que subyacen a las enfermedades neurológicas.
Para crear el primer atlas celular molecularmente definido de todo el cerebro del ratón, un equipo dirigido por Xiaowei Zhuang de Harvard identificó y mapeó espacialmente miles de tipos de células únicos.
«Identificamos 5.000 poblaciones de células transcripcionalmente distintas», dijo Zhuang, profesora de ciencias David B. Arnold e investigador médico de Howard Hughes. «Basta decir que el nivel de diversidad que identificamos es realmente extraordinario».
Identifican células del cerebro de mamíferos
El atlas de tipos celulares de todo el cerebro que cataloga las células, su distribución y sus interacciones podría servir de punto de partida a los científicos que estudian determinadas funciones o enfermedades cerebrales. Algún día, los esquemas básicos del atlas podrían aplicarse al cerebro humano, 1.000 veces mayor que el de un ratón.
“Me emociona mucho ver cosas que antes no eran visibles. También estoy encantada de que tantos laboratorios utilicen nuestra tecnología”, dijo Zhuang, refiriéndose a la hibridación in situ de fluorescencia robusta con errores multiplexados (MERFISH). Una tecnología de imágenes a escala del genoma desarrollada en su laboratorio.
En colaboración con científicos del Instituto Allen de Ciencias del Cerebro, Zhuang y su equipo utilizaron MERFISH junto con datos de secuenciación de ARN unicelular. No sólo para identificar cada tipo de célula del cerebro de los mamíferos sino también para obtener imágenes de ellas in situ.
Su trabajo proporciona nueva información sobre las firmas moleculares de estos tipos de células. Así como sobre su ubicación en el cerebro. El resultado es una imagen asombrosamente detallada del complemento completo de células del cerebro del ratón, su actividad de expresión genética y sus relaciones espaciales, reseña The Harvard Gazette.
En su artículo de Nature, los investigadores utilizaron MERFISH para determinar perfiles de expresión genética de aproximadamente 10 millones de células del cerebro de los mamíferos. Mediante imágenes de un panel de 1.100 genes. Seleccionados utilizando datos de secuenciación de ARN unicelular proporcionados por colaboradores del Instituto Allen.
Importantes hallazgos sobre la retina
Joshua Sanes, profesor Jeff C. Tarr de biología molecular y celular, codirigió un equipo que capturó nuevos conocimientos sobre la historia evolutiva de la retina de los vertebrados.
La retina, una parte del cerebro encerrada en el ojo, cuenta con complejos circuitos neuronales que reciben información visual. Luego la transmiten al resto del cerebro para su posterior procesamiento. La retina es funcionalmente muy diferente de una especie a otra. Por ejemplo, los cazadores-recolectores humanos desarrollaron una visión diurna nítida. Mientras que los ratones poseen una mejor visión nocturna que los humanos. Algunos animales ven en color, mientras que otros ven predominantemente en blanco y negro.
Pero a nivel molecular, ¿qué tan diferentes son realmente las retinas? Sanes realizó un nuevo análisis comparativo de los tipos de células de la retina en 17 especies, incluidos humanos, peces, ratones y zarigüeyas. Y en colaboración con investigadores de la Universidad de California, Berkeley y el Broad Institute.
Utilizó la secuenciación de ARN unicelular, que les permitió diferenciar tipos de células de la retina por sus perfiles de expresión genética. Los hallazgos de los investigadores cambiaron algunas opiniones arraigadas sobre cómo evolucionaron los sistemas visuales de ciertas especies.
Un descubrimiento sorprendente involucró a las llamadas “células ganglionares de la retina enanas”, que, en los humanos, transportan el 90% de la información del ojo al cerebro.
Estas células dan a los humanos su visión detallada y los cambios en ellas están asociados con enfermedades oculares como el glaucoma. Nunca se habían encontrado células relacionadas en ratones, por lo que se supuso que eran exclusivas de los primates.
Células para estudios específicos
En su análisis, Sanes y su equipo identificaron por primera vez parientes claros de las células ganglionares de la retina enanas en muchas otras especies, incluidos los ratones. Aunque en proporciones mucho más pequeñas. Dado que los ratones son un animal modelo común para estudiar el glaucoma, poder identificar estas células es una idea potencialmente crucial.
«Creo que podemos presentar argumentos muy convincentes de que si se quiere estudiar estas importantes células ganglionares de la retina humana en un ratón, estas son las células que hay que estudiar», dijo Sanes.
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