Promover los esfuerzos para tratar, avisar y curar los trastornos cerebrales – ScienceDaily

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Se necesitan miles de millones de células para crear un cerebro humano, y los científicos han luchado durante mucho tiempo para trazar un mapa de esta compleja red de neuronas. Ahora, docenas de grupos de investigación en todo el país, dirigidos en parte por científicos de Salk, se han abierto paso para crear un atlas de cerebro de ratón como primer paso hacia un atlas de cerebro humano.

Los investigadores, en colaboración con la Red de Censos Celulares de la Iniciativa BRAIN del Instituto Nacional de Salud (BICCN), informan hoy los nuevos datos en un número especial de la revista. Naturaleza. Los resultados describen cómo se organizan y conectan los diferentes tipos de células en todo el cerebro del ratón.

«Nuestro primer objetivo es utilizar el cerebro del ratón como modelo para comprender verdaderamente la diversidad de células en el cerebro y cómo se regulan», dice el profesor de Salk e investigador del Instituto Médico Howard Hughes Joseph Ecker, codirector del BICCN. «Una vez que hayamos establecido las herramientas para hacer esto, podemos pasar a trabajar en los cerebros de primates y humanos».

La iniciativa NIH Brain Research a través de Advancing Innovative Neurotechnologies® (BRAIN) es «un esfuerzo a gran escala que busca profundizar la comprensión del funcionamiento interno de la mente humana y mejorar la forma en que tratamos, prevenimos y curamos los trastornos cerebrales». Desde su financiamiento inicial en 2014, la iniciativa BRAIN ha otorgado más de $ 1.8 mil millones en premios de investigación.

El BICCN, un subconjunto de la iniciativa BRAIN, se centra en particular en la creación de atlas cerebrales que describen la plétora completa de células, caracterizadas por muchas técnicas diferentes, en el cerebro de los mamíferos. Salk es una de las tres instituciones que han sido galardonadas con los premios U19 por actuar como actores centrales en la generación de datos para el BICCN.

«Esto no es solo una guía telefónica para el cerebro», dice Margarita Behrens, profesora asociada de investigación en Salk que ayudó a dirigir los nuevos artículos del BICCN. «A largo plazo, para curar enfermedades cerebrales, necesitamos poder identificar exactamente qué tipos de células tienen problemas».

El número especial de Naturaleza tiene 17 artículos BICCN en total, incluidos cinco coautores de investigadores de Salk que describen enfoques para estudiar las células cerebrales y caracterizaciones novedosas de subtipos de células cerebrales en ratones. Algunos aspectos destacados incluyen:


Mientras que otros artículos del número especial tratan sobre la función o estructura de las células cerebrales de los ratones, el trabajo realizado por Ecker, Behrens y sus colegas se centra principalmente en la epigenómica de las células cerebrales en ratones. Cada célula del cerebro de un ratón contiene la misma secuencia de ADN, pero las variaciones en la forma en que se regula este ADN, su llamado «epigenoma», le da a las células su propia identidad única. La disposición de los grupos metilquímicos basados ​​en la citosina en el ADN (conocida como «metilación de citosina»), que especifica cuándo los genes deben activarse o desactivarse, es una forma de regulación epigenómica que puede influir fuertemente en las enfermedades y la salud del cerebro.

En uno de los nuevos artículos, el equipo de Salk analizó 103,982 células cerebrales de ratón usando secuenciación de metilación de ADN de una sola célula. Este enfoque, desarrollado en el laboratorio de Ecker, permite a los investigadores estudiar el patrón de grupos químicos metílicos en cada hebra de ADN en las células del cerebro.

Cuando aplicaron la técnica a miles de células recolectadas de 45 regiones diferentes del cerebro del ratón, pudieron identificar 161 grupos de tipos de células, cada uno distinto de su propio patrón de metilación.

«Hasta ahora, ha habido un puñado de formas de describir las células cerebrales en función de su ubicación o actividad eléctrica», dice Hanqing Liu, estudiante de posgrado en el laboratorio Ecker y co-primer autor del artículo. «Realmente hemos ampliado la definición del tipo de célula aquí y hemos utilizado la epigenómica para definir cientos de tipos de células potenciales».

El equipo continuó demostrando que los patrones de metilación podrían usarse para predecir de dónde proviene una célula en particular en el cerebro, no solo dentro de grandes regiones, sino hasta capas celulares específicas dentro de una región. Esto significa que eventualmente podrían desarrollarse medicamentos que actúen solo en pequeños grupos de células, apuntando a su epigenómica única.

  • Modelos de neuronas objetivo


En otro artículo, escrito por el profesor Edward Callaway de Ecker y Salk, los investigadores investigaron la asociación entre la metilación del ADN y las conexiones neuronales. El equipo desarrolló una nueva forma de aislar las células que conectan las regiones del cerebro y luego estudiar su metilación. Utilizaron el enfoque en 11827 neuronas de ratón individuales, todas las cuales se extienden hacia afuera desde la corteza del ratón. Encontraron que los patrones de metilación en las células se correlacionaban con los patrones de proyección (objetivo) de las células. Las neuronas que se transportaban desde la corteza motora hasta el cuerpo estriado, por ejemplo, tenían una epigenómica distinta de las neuronas que conectaban la corteza visual primaria y el tálamo.

«Las neuronas no funcionan de forma aislada, funcionan comunicándose entre sí, por lo que comprender cómo se establecen estas conexiones y cómo funcionan es realmente fundamental para comprender el cerebro», dice Zhuzhu Zhang, becario postdoctoral de Salk y co-primer autor. del artículo con el estudiante graduado Jingtian Zhou, ambos miembros del laboratorio de Ecker.

Los investigadores dicen que los nuevos datos sobre las células del cerebro del ratón son solo el primer paso para crear un atlas completo del cerebro del ratón, sin mencionar el cerebro humano. Pero comprender qué diferencia a los tipos de células es crucial para futuras investigaciones y futuras terapias cerebrales.

«En estos estudios fundamentales, estamos describiendo la» lista de partes «del cerebro», dice Callaway. «Tener esta lista de piezas es revolucionario y abrirá un nuevo conjunto de oportunidades para estudiar el cerebro».

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