Rastreando el desarrollo de la interfaz del cerebro que controla el metabolismo corporal

Crédito: CC0 Dominio público

Un equipo de estudio dirigido por el Centro de Investigación del Cerebro de MedUni Viena ha trazado cómo los tipos de células que forman los centros de mando neuroendocrinos que controlan prácticamente todos los aspectos del metabolismo corporal evolucionar durante el desarrollo del cerebro. El estudio, que empleó las herramientas más avanzadas para distinguir células a nivel molecular, mostró orígenes y programas de desarrollo completamente inesperados para muchas células nerviosas, y describe cómo millones de neuronas se ensamblan en una red tejida con precisión al nacer. También han encontrado firmas moleculares clave, llamadas redes de factores de transcripción, cuyo deterioro estaba directamente relacionado con la obesidad, el estrés postraumático y los déficits de sueño (narcolepsia/insomnio). Comprender el diseño del desarrollo del área del cerebro que alberga las células de comando de orden más alto para los sistemas hormonales clave permitirá avanzar en la comprensión de prácticamente todas las enfermedades neuroendocrinas con orígenes en el desarrollo.

El estudio, publicado en la revista Nature, examina cómo se desarrolla el hipotálamo en modelos de ratón y datos de asociación del genoma completo relacionados con enfermedades humanas. El hipotálamo contiene un caleidoscopio de neuronas de comando neuroendocrinas que orquestan las respuestas hormonales contra prácticamente cualquier estímulo periférico que uno experimente a lo largo de la vida. Los centros hipotalámicos son fundamentales para regular, entre otras cosas, el estrés, la temperatura corporal, los ciclos de sueño y día y noche, la reproducción, la ingesta de alimentos y líquidos y el peso corporal. Una dificultad clave que enfrentaron los investigadores fue que el hipotálamo evolucionó para albergar muchos tipos de células en un volumen cerebral mínimo, por lo que sin duda es el área del cerebro más heterogénea y funcionalmente compleja.

El estudio se basó principalmente en una sola -Secuenciación de ARN celular, el conjunto de herramientas más avanzado para perfilar molecularmente los tipos de células. Se integraron datos de decenas de miles de células para comprender cuándo y dónde nacen las células nerviosas, cómo encuentran sus posiciones finales y maduran hasta convertirse en tipos neuronales que pueden orquestar respuestas hormonales y mediante qué mecanismos detectan señales corporales y las comunican al cerebro superior. centros. Como resultado, no solo pudieron racionalizar la organización de todos los tipos neuronales que se ha demostrado que existen en el hipotálamo adulto durante el siglo pasado, sino que también descubrieron neuronas hasta ahora desconocidas.

El equipo de investigación ha observó las neuronas de dopamina, que inhiben la liberación de prolactina, la hormona que regula la fertilidad y la producción de leche después del embarazo, una vez liberada de la pituitaria. Han descubierto que estas células surgen de células precursoras que prefieren cambiar sus identidades en lugar de dedicarse a generar un solo tipo de neurona. Posteriormente, se convierten en uno de al menos nueve subtipos de células de dopamina. También se demostró que el programa de diferenciación de las células de dopamina está regulado por un conjunto único de moléculas, factores de transcripción, cuyas mutaciones en humanos inducen obesidad y respuestas anormales al estrés. Por lo tanto, el concepto de que las neuronas que transportan el mismo neurotransmisor (es decir, la molécula de señal utilizada para comunicarse con otras células nerviosas) son funcionalmente similares o incluso idénticas se rompió y se reemplazó por el concepto de «heterogeneidad molecular que codifica la diversidad funcional» a través del uso coincidente de neurotransmisores, hormonas y otras moléculas de señalización.

Complejidad inesperada

«Demostrar los muchos tipos de células en el hipotálamo es un gran avance, porque proporcionará una plantilla celular para estudiar las funciones hormonales y enfermedades neuroendocrinas y metabólicas», explica el investigador principal Tibor Harkany, jefe del Departamento de Neurobiología Molecular del Centro de Investigación del Cerebro de MedUni Viena, quien también es profesor en el Instituto Karolinska de Suecia. «Esperamos nada menos que el descubrimiento de nuevos modos de comunicación entre el cerebro y la periferia, quizás incluso mediante hormonas aún desconocidas, en un futuro no muy lejano».

Claramente, los muchos tipos de células definidos en este estudio requerirán un seguimiento experimental para distinguir sus funciones específicas e identificar tanto a los compañeros de comunicación en otras áreas del cerebro como a la sensibilidad a las hormonas periféricas. «Este estudio es un hito, porque racionalizó una de las áreas cerebrales más complejas que controla más salidas fundamentales para mantener la vida que cualquier otra que conozcamos», dice Tomas Hkfelt del Karolinska Institutet y profesor adjunto en MedUni Viena. «Por lo tanto, podremos colocar muchos de los primeros hallazgos exquisitos que se centraron en tipos de células individuales en contextos de sistemas amplios y estimar sus contribuciones relativas a varias enfermedades neuroendocrinas».

Esperanza para la medicina regenerativa

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A escala de por vida, «el concepto de que las células madre permanecen activas en el hipotálamo incluso mucho después del nacimiento y producen tipos neuronales específicos presenta una excelente oportunidad para la medicina regenerativa. Incluso si primero enfrentamos el desafío de por qué algunas pero otras neuronas no se reponen continuamente en el hipotálamo, reorientar los programas neuronales hacia los tipos de células que sucumben localmente a las enfermedades podría ser un medio eficaz para aprovechar el potencial innato de esta área del cerebro para superar enfermedades muy graves, como la narcolepsia», dice el primer autor. Roman Romanov de MedUni Viena.

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Investigadores catalogan decenas de nuevos subtipos neuronales en el hipotálamo Más información: Roman A. Romanov et al. Diseño molecular del desarrollo del hipotálamo, Nature (2020). DOI: 10.1038/s41586-020-2266-0 Información de la revista: Nature

Proporcionado por la Universidad Médica de Viena Cita: Seguimiento del desarrollo de la interfaz del cerebro que controla el cuerpo metabolismo (7 de mayo de 2020) recuperado el 31 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2020-05-tracking-brain-interface-bodily-metabolism.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.