Encuentran un patrón evolutivo común en diferentes tipos de neuronas

Un estudio realizado por un grupo de investigación del CSIC ha logrado dar un paso más para poder comprender la formación del cerebro humano. Los científicos han llegado a encontrar un patrón común dentro de las familias de factores de transcripción que leen el código genético y dirigen la formación de diferentes tipos de neuronas. Además, según el estudio, publicado en la revista Genome Research, el patrón encontrado se repite en diferentes especies, lo que refleja una conservación evolutiva en su función. Los resultados pueden ser vitales para llegar a entender las patologías asociadas con la formación neuronal.

El equipo de investigación, dirigido por la científica del Instituto de Biomedicina de Valencia (IBV-CSIC) Nuria Flames, ha llevado a cabo las investigaciones a partir de un modelo animal con un sistema nervioso menos complejo que el humano, el nematodo Caenorhabditis elegans (C. elegans). Se decidió escoger este organismo para entender mejor los mecanismos moleculares que generan los distintos tipos de neuronas. El sistema nervioso de C. elegans está compuesto por 302 neuronas que se clasifican en 118 tipos, mucho más abordable que los más de 80.000 millones de neuronas en el cerebro humano.

Todas y cada una de las células del organismo, incluso las neuronas, comparten el mismo genoma. Los investigadores afirman en su estudio que cada tipo de célula identifica de entre más de 20.000 genes codificantes aquellos que necesita activar, y que posteriormente darán lugar a las proteínas que le permiten adquirir sus funciones específicas. Los encargados, en gran medida, de realizar esta selección son conocidos como ‘factores de transcripción’, que interpretan la composición en el código genético para que las células la ejecuten de manera eficaz.

“Los kits básicos de genes que dan funcionalidad a las neuronas están muy conservados en la evolución de las especies, y, por tanto, son los mismos en C. elegans y en humanos. Nosotros queríamos entender cuáles son los mecanismos que llevan a desarrollar los distintos tipos de neuronas, y si hay algún patrón común que usen todas las neuronas independientemente del tipo que sean”, afirma la científica Nuria Flames.

Diez factores de transcripción en once tipos de neuronas

El siguiente paso del estudio fue investigar de forma simultánea once tipos de neuronas diferentes en C. elegans, además de todos los factores de transcripción que existen en el genoma de este nematodo. Eliminando una a una la función de esos factores y observando su efecto en la generación de los tipos de neuronas estudiados, se logró detectar una media de diez factores de transcripción para la formación de cada tipo.

La investigadora del CSIC concluye que “estos factores eran distintos para cada tipo de neurona, en nuestro estudio no encontramos ninguno que se necesitara para todas, aunque es posible que no hayamos sido capaces de encontrarlo por limitaciones técnicas. Sin embargo, los factores de transcripción pueden agruparse por tipos según a la familia a la que pertenecen, y hallamos un patrón en las familias de factores de transcripción que se repite en la generación de los distintos tipos de neuronas”.

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"Hallamos un patrón que se repite en la generación de los distintos tipos de neuronas"

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Los factores de las familias conocidas como bHLH, HD, ZF, bZIP y NHRs son las que más participan de forma mayoritaria, y el patrón se repite en cada neurona de C. elegans, pero también parece estar presente en otras especies como ratones y la mosca de la fruta.

Crear estrategias para generar tipos de neuronas in vitro, meta a largo plazo

Tras estas conclusiones, la segunda parte de la investigación buscó la manera de comprender cómo los factores de transcripción son capaces de distinguir los genes que han de activar de entre todos los que hay en el genoma. Se seleccionó un tipo de neurona, las dopaminérgicas, identificando cinco factores de transcripción que actúan conjuntamente como un colectivo para activar los genes que le dan sus cualidades específicas.

A través de este análisis, Flames concluye que “hemos visto que los factores de transcripción que regulan las neuronas dopaminérgicas en C. elegans tienen unos homólogos que hacen lo propio en una región del cerebro del ratón. Por tanto, nuestros estudios ayudan a entender mejor cómo se genera la diversidad de neuronas en nuestro cerebro y, a más largo plazo, a entender algunas patologías en los que fallan estos programas de generación de diversidad, así como a ayudar al diseño de estrategias para generar tipos de neuronas in vitro que tengan interés biomédico”.