Los científicos descubren la estructura celular de una región del cerebro visual poco conocida
El núcleo geniculado lateral ventral del cerebro (vLGN) recibe señales del ojo, pero no está asociado con la formación de imágenes clásica. Durante décadas se supo poco sobre la estructura celular y el propósito de esta región del cerebro. En un nuevo estudio, los neurocientíficos del Instituto de Investigación Biomédica Fralin en VTC revelan subtipos de células cerebrales recientemente identificados exclusivos de esta región que forman una formación en capas llamativa. Crédito: Virginia Tech
El estudiante graduado Ubadah Sabbagh colocó un portaobjetos de vidrio frío en el microscopio. Se estaba haciendo tarde y el laboratorio estaba en silencio. Ajustó algunos ajustes y trazó a lo largo del tracto óptico antes de hacer zoom en el tálamo del cerebro. Lo que vio lo sorprendió: dos franjas adyacentes de puntos brillantes, cada punto denotaba un cuerpo celular.
En ese momento, habían pasado dos décadas desde que los científicos informaron que una pequeña área en el tálamo visual del cerebro tenía características únicas que la diferenciaban de las regiones cercanas. Estudios previos dirigidos por otros investigadores mostraron que la región, llamada núcleo geniculado lateral ventral, se conecta a los circuitos neuronales involucrados en la regulación del ritmo circadiano y el estado de ánimo.
Pero hasta ahora se sabía poco sobre la arquitectura celular de la región.
En un nuevo estudio publicado en línea esta semana en el Journal of Neurochemistry, los científicos de Virginia Tech identificaron más de 40 genes expresados en el vLGN y descubrieron más de media docena de nuevos subtipos de neuronas, cada uno expresando moléculas únicas y agrupadas en capas rayadas apretadas.
«El momento ‘wow’ para mí fue cuando Ubadah me mostró la imagen de los dos subtipos de células alineándose en capas adyacentes», dijo Michael Fox, autor principal del estudio y profesor de la el Instituto de Investigación Biomédica Fralin en VTC. «Nos llamó la atención porque cuando vemos grupos de neuronas en capas, generalmente significa que el área del cerebro está segregando diferentes tipos de información. Ahora tenemos un conjunto de herramientas más preciso para ayudarnos a comprender qué hacen los tipos de células específicas en el vLGN».
El vLGN abarca solo unos pocos cientos de micrómetros en ratones y recibe señales del ojo a través del nervio óptico. Pero a diferencia de otras regiones cerebrales visuales, no está asociada con la formación de imágenes clásica.
Los neurocientíficos inicialmente estudiaron esta región del cerebro destruyendo sus células y documentando los efectos. En el proceso, sin embargo, también interrumpieron circuitos cerebrales colaterales. Esto condujo a cambios de comportamiento significativos y dificultó discernir qué efectos estaban vinculados a la vLGN. Desde entonces, los investigadores han desarrollado herramientas genéticas más precisas y menos invasivas que les permiten ver lo que sucede cuando se activa o desactiva la actividad de un tipo de célula específico.
Fox quería aplicar estas técnicas modernas para comprender la función de vLGN y aguas abajo conexiones, pero primero necesitaba determinar a qué tipos de células apuntar. Sabbagh, entonces estudiante de posgrado de segundo año en el programa de posgrado en Biología Traslacional, Medicina y Salud de Virginia Tech, se dispuso a desarrollar un atlas que describiera la estructura celular de vLGN como parte de su tesis doctoral.
No fue así Mucho antes de que encontraran la primera pista de que el vLGN podría estar organizado por tipo de célula en capas segregadas, que los investigadores describieron en un estudio de 2018.
En ese estudio, el equipo de Fox reveló dos tipos de redes especializadas: como estructuras, llamadas redes perineuronales, que envuelven distintos tipos de neuronas inhibidoras. Cuando los científicos tiñeron estas redes perineuronales, descubrieron que diferentes poblaciones de neuronas cubiertas por estas redes estaban distribuidas en distintas franjas a lo largo de la vLGN.
«Ese fue nuestro primer indicio de que podría haber capas, pero todavía necesitaba identificar más tipos de células para ver si también se alineaban en dominios no superpuestos», dijo Fox.
Durante el próximo año, Sabbagh probó aproximadamente 70 ribosondas diferentes para mapear el panorama celular de vLGN. Las ribosondas son segmentos de ácidos ribonucleicos (ARN) que se unen a segmentos complementarios de ARN.
Los científicos agregan genes de fluorescencia prestados de otros organismos y virus a la sonda, de modo que cuando un segmento de ARN encuentra su secuencia coincidente, el las moléculas específicas se iluminan. Los investigadores combinaron estas herramientas para visualizar células que producen moléculas genéticas específicas en el vLGN, con cada molécula brillando en un color diferente bajo el microscopio.
Este método reveló distintas capas en los escaneos, pero los científicos querían ser Por supuesto. Sabbagh codificó un programa de computadora para escanear imágenes de la vLGN y medir las señales de la sonda, lo que verificó sus hallazgos y mostró distintas capas.
Pero persistía una pregunta: ¿de dónde obtenían la información estas células?
Los investigadores utilizaron una herramienta de rastreo viral no peligrosa para determinar qué neuronas en el vLGN se comunicaban con las neuronas que recubren la retina del ojo. El virus tardó un mes en viajar unos pocos milímetros entre la retina y el tálamo, pero la espera valió la pena.
El virus reveló que las células en cada una de las capas principales de vLGN recibieron señales visuales directas de neuronas retinianas en el ojo. A continuación, los colaboradores de la Universidad de Louisville analizaron las propiedades de comunicación de esas conexiones. Juntos, estos conocimientos ayudan a describir cómo se procesa la información visual en el vLGN.
«Este es un descubrimiento emocionante. Todavía tenemos más trabajo por hacer para llenar los vacíos, pero espero que encontremos más tipos, y tal vez incluso más capas a medida que continuamos encontrando más biomarcadores», dijo Fox, quien también es profesor en la Facultad de Ciencias de Virginia Tech y recientemente fue nombrado director de la Facultad de Neurociencia de la Facultad.
Su El equipo ha comenzado a analizar la expresión génica en células individuales, utilizando un proceso llamado secuenciación de ARN de células individuales. Fox dice que una vez que saben más sobre tipos de células específicos, pueden rastrear los circuitos y comenzar a revelar cómo las neuronas de vLGN interactúan con otras regiones del cerebro.
«Sospechamos que vLGN tiene numerosas funciones, incluida la regulación del estado de ánimo, pero ahora podremos analizar cómo los tipos de células específicos contribuyen a esas funciones con mayor precisión», dijo Sabbagh, quien recientemente recibió un premio de $ 390,000 de los Institutos Nacionales de Salud de seis años para respaldar su investigación.
Esta investigación también plantea interrogantes sobre la evolución del cerebro y la biología comparativa. A medida que los mamíferos evolucionaron hacia especies más grandes, sus vLGN se redujeron en relación con el resto del tálamo visual. Al revelar la complicada arquitectura de vLGN en ratones, Fox espera arrojar luz sobre cómo estas instrucciones genéticas podrían cruzarse en otras especies.
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Los científicos arrojan luz sobre sorprendentes patrones de desarrollo visual Más información: Ubadah Sabbagh et al, Diverse GABAergic neurons organisation in subtypespecific sublaminae in the ventral lateral geniculate core, Journal of Neurochemistry ( 2020). DOI: 10.1111/jnc.15101 Información de la revista: Journal of Neurochemistry
Proporcionado por Virginia Tech Cita: Los científicos descubren la estructura celular de una región del cerebro visual poco conocida (2020, 24 de junio) recuperado el 31 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2020-06-scientists-cellular-poorly-understood-visual.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.