Científicos del ARN identifican muchos genes involucrados en el desarrollo de las neuronas

Las neuronas en el cerebro de la mosca de la fruta se forman pasando por varios estados de diferenciación y se segregan en subtipos únicos según la edad y el número de división celular de su célula madre (progenitora). La complejidad de este proceso se modela en el diagrama anterior. Diferentes ARN juegan un papel en estos pasos de formación de neuronas. Crédito: Nigel Michki

Las neuronas son el resultado de una serie de divisiones celulares altamente complejas y únicas. Por ejemplo, en las moscas de la fruta, el proceso comienza con células madre que se dividen en células madre (células progenitoras), que luego se dividen en células precursoras que finalmente se convierten en neuronas.

Un equipo de la Universidad de Michigan (UM), encabezado por Nigel Michki, estudiante de posgrado, y el profesor asistente Dawen Cai en los departamentos de Biofísica (LS&A) y Biología Celular y del Desarrollo de la Facultad de Medicina, identificó muchos genes que son importantes en el desarrollo de las neuronas de las moscas de la fruta, y eso nunca se había descrito antes en ese contexto.

Dado que muchos genes se conservan entre especies, como entre las moscas de la fruta (Drosophila), los ratones y los humanos, lo que es aprendido en las moscas también puede servir como modelo para comprender mejor a otras especies, incluidos los humanos. «Ahora que sabemos qué genes están involucrados en esta forma de neurogénesis en las moscas, podemos buscarlos en otras especies y evaluarlos. Trabajamos en una multitud de organismos en la UM y tenemos el potencial para interrogar a través de organismos, » explica Michki. «En mi opinión, el trabajo que hicimos es una de las muchas piezas que informarán a otros trabajos que informarán sobre la enfermedad», agrega Michki. «Es por eso que hacemos una investigación fundamental como esta».

Las moscas también se usan comúnmente en muchos tipos diferentes de investigación que podrían beneficiarse de tener una lista más completa de los genes de las moscas con sus funciones asociadas en las neuronas. desarrollo celular.

El descubrimiento

Las neuronas están hechas de células madre que se multiplican masivamente antes de convertirse en neuronas. En el cerebro humano, el proceso es extremadamente complejo e involucra miles de millones de células. En el cerebro de la mosca, el proceso es mucho más simple, con alrededor de 200 células madre para todo el cerebro. La escala más pequeña permite un análisis fino del proceso de división de las células neuronales de principio a fin.

En las moscas, cuando la célula madre se divide, produce otra célula madre y una célula progenitora. Cuando esta última se divide, forma la llamada célula precursora que se divide una sola vez y da lugar a dos neuronas. Los genes controlan este proceso de producción diciéndoles a las células que se dividan y qué tipo particular de célula deben producir o que dejen de dividirse.

Una imagen de microscopio de uno de los lóbulos cerebrales de la mosca de la fruta en desarrollo, teñida para nuestras células de interés (blanco ) y 4 ARN diferentes: mamo (amarillo), bi (magenta), datos (verde) y un ARN largo no codificante, querubín (cian). Crédito: Nigel Michki

Hasta el día de hoy, solo se han identificado unos pocos de los genes que controlan este proceso de desarrollo neuronal y, en esta publicación de Cell Reports, los científicos han caracterizado muchos más genes involucrados. A lo largo de la línea de tiempo del proceso de desarrollo de las neuronas, el equipo de la UM pudo registrar con precisión qué genes estaban involucrados y durante cuánto tiempo.

En particular, en la etapa de progenitores, los científicos identificaron tres genes que son importantes en este etapa para definir qué ‘tipo’ de neurona hará cada progenitor; estos genes particulares nunca se habían descrito antes en este contexto. También validaron genes marcadores previamente conocidos que regulan el proceso de reproducción celular.

Cuando aplicaron su técnica de análisis a las otras fases del proceso de desarrollo neuronal, también registraron la expresión de genes adicionales. Sin embargo, aún se desconoce por qué la expresión de estos genes aumenta en diferentes pasos del proceso de desarrollo de las neuronas y qué papel juegan realmente en estos diferentes pasos. «Ahora que se han identificado muchos genes candidatos, estamos investigando las funciones que desempeñan en la maduración de las neuronas y el proceso de determinación del destino», dice Cai. «También estamos emocionados de explorar otros puntos de tiempo de desarrollo para ilustrar los cambios dinámicos del paisaje molecular en el cerebro de la mosca».

«Este trabajo proporciona información valiosa sobre cómo programar la progenie de células madre en distintos tipos de neuronas como así como cómo transdiferenciar tipos de células no neuronales en neuronas. Estos hallazgos tendrán un impacto significativo en la comprensión del desarrollo normal del cerebro, así como en la medicina de regeneración neuronal», agrega Cheng-Yu Lee, profesor de UM Life Sciences Institute que colaboró con Cai Lab.

Las técnicas

Este estudio se basa principalmente en técnicas de secuenciación de ARN unicelular de alto rendimiento. Los científicos tomaron células individuales de cerebros de moscas de la fruta y secuenciaron el ARN, generando cientos de gigabytes de datos en un solo día. A partir de las secuencias de ARN, pudieron determinar la etapa de desarrollo de cada neurona. «Ahora comprendemos muy bien cómo transcurre este proceso a nivel del ARN», dice Michki.

El equipo también utilizó observaciones microscópicas tradicionales para localizar dónde se expresan estos diferentes ARN en el cerebro. «Combinar el análisis in silico y la exploración in situ no solo valida la calidad de nuestros resultados de secuenciación, sino que también restaura la relación espacial y temporal de los genes candidatos, que se pierde en el proceso de disociación de una sola célula», dice Cai.

Al comienzo de su estudio, los científicos analizaron el gran conjunto de datos con un software de código abierto. Posteriormente, desarrollaron un portal (MiCV) que facilita el uso de los servicios informáticos existentes y permite realizar pruebas de repetibilidad. Este portal se puede utilizar para el análisis de datos de genes y células de una variedad de órganos y no requiere experiencia en programación de computadoras. “Herramientas como MiCV pueden ser muy poderosas para los investigadores que están haciendo este tipo de investigación por primera vez y que quieren generar rápidamente nuevas hipótesis a partir de sus datos”, dice Michki. «Ahorra mucho tiempo para el análisis de datos, así como gastos en honorarios de consultores. El objetivo final es permitir que los científicos se concentren más en su investigación en lugar de en herramientas de análisis de datos a veces abrumadoras». Actualmente se está comercializando la herramienta MiCV.

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Los biólogos crean un ‘atlas’ de la expresión génica en las neuronas, documentando la diversidad de las células cerebrales. desarrollo del cerebro de Drosophila revelado por scRNA-seq dirigido y análisis multiinformático, Cell Reports (2021). DOI: 10.1016/j.celrep.2021.109039 Información de la revista: Cell Reports

Proporcionado por la Universidad de Michigan Cita: Los científicos del ARN identifican muchos genes implicados en el desarrollo de las neuronas (2021 , 28 de abril) recuperado el 30 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2021-04-rna-scientists-genes-involved-neuron.html Este documento está sujeto a derechos de autor. Aparte de cualquier trato justo con fines de estudio o investigación privados, ninguna parte puede reproducirse sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente con fines informativos.