Reveladoras comunicaciones entre cerebro y cuerpo
Fig. 1: Codificación de órganos viscerales en VSN. a, Ilustración esquemática del análisis Projection-seq de VSN que inervan el pulmón, el corazón, el esófago, el estómago, el duodeno, el colon transverso y el páncreas. Las ilustraciones de órganos fueron adaptadas de BioRender.com. b, gráfico UMAP de Projection-seq de 14 590 Phox2b+ VSN (30 ratones divididos en 4 muestras) que muestra 52 grupos (A1L2) en 12 subpoblaciones de VSN (AL) (arriba) o VSN que expresan UPB que representan 7 órganos viscerales (codificados por colores) ( abajo). c, Gráficos UMAP bidimensionales (2D) (arriba) y tridimensionales (3D) (abajo) de VSN que inervan diferentes sistemas fisiológicos. Se excluyeron los E-VSN. Los tres grupos VSN del corazón (rojo, puntas de flecha) se agrupan lejos de otros VSN intestinales (verde) en el gráfico UMAP 3D. d, Diagrama de puntos que muestra los factores de transcripción que se expresan de manera diferencial en VSN de pulmón, corazón, intestino y páncreas. e, gráfico UMAP de grupos de VSN, coloreados por preferencia de destino (puntuación de posición de órgano ponderada), que muestra una trayectoria de órgano visceral (flecha) que codifica órganos viscerales a lo largo del eje rostralcaudal del cuerpo. f, Correlación entre la posición normalizada de los órganos indicados a lo largo del eje rostralcaudal del cuerpo (media; n=4) y la posición de los VSN que expresan UPB del órgano indicado a lo largo de la trayectoria del órgano visceral (puntuación de la trayectoria del órgano; media.em; n como se indica) . Regresión lineal R2=0,7547. g, histogramas que muestran las distribuciones de los VSN marcados con UPB (codificados por colores) a lo largo de la trayectoria del órgano visceral identificado. Las barras debajo indican las posiciones normalizadas de los órganos a lo largo del eje rostralcaudal del cuerpo (comienzo y fin; medios.em; n=4). Crédito: Naturaleza (2022). DOI: 10.1038/s41586-022-04515-5
El cerebro humano es un órgano ocupado que detecta señales de todo el cuerpo a medida que experimenta cambios a lo largo del día. Cuando los pulmones inhalan un irritante, el cuerpo sabe toser. O cuando el estómago ingiere toxinas, induce el vómito. El cerebro juega un papel en ambos.
La capacidad del cerebro para discriminar con precisión entre varias señales ha fascinado a los científicos, pero el mecanismo biológico aún no está claro. Ahora, en un nuevo estudio que tiene como objetivo comprender cómo se codifican diferentes señales en el cuerpo en el nervio vago, el nervio craneal que envía información hacia y desde el cerebro sobre la función de los órganos internos, los investigadores de Yale han descubierto que las señales tienen tres características clave que se codifican de forma independiente. por las neuronas sensoriales vagales. Son: de qué órgano proviene una señal, de qué capa de tejido dentro del órgano proviene la señal y cuál es el estímulo. Esta codificación permite la alta precisión que logra el cerebro. Los investigadores, incluidos los coautores principales Rui Chang, Ph.D., profesor asistente de neurociencia y de fisiología celular y molecular, y Le Zhang, Ph.D., profesor asistente de neurología, publicaron su estudio en Nature el 16 de marzo.
Trazar vínculos intrincados entre el cerebro y el cuerpo
La capacidad del cuerpo para detectar cambios dentro de sí mismo se llama interocepción, un proceso que es esencial para la supervivencia. Esta conexión entre el cuerpo y el cerebro se realiza a través del nervio vago, y las señales recibidas por ese nervio son codificadas de forma independiente por neuronas sensoriales vagales especializadas.
«Esta es la primera vez que sabemos cómo funcionan las diferentes señales corporales». están siendo representados a través del sistema de interocepción vagal al cerebro de una manera muy precisa y precisa», dice Chang. «Sabemos que el cerebro puede discriminar señales con mucha precisión, pero ¿cuál es la razón biológica de esa discriminación?»
Primero, los investigadores querían comprender cómo se codifica la información de los órganos dentro del nervio vago. Para obtener más información sobre cómo las neuronas sensoriales vagales pueden discriminar señales entre órganos, el equipo diseñó virus genéticamente para tener códigos de barras únicos compuestos de diferentes secuencias de ADN extraño y los inyectó en los principales órganos viscerales (internos) en ratones. Como resultado, las neuronas sensoriales vagales que se proyectan a cada órgano se etiquetaron con el código de barras distintivo de ese órgano. Luego utilizaron tecnología de secuenciación de ARN de células individuales para obtener más información sobre las propiedades genéticas de estas neuronas que se proyectan a cada uno de los siete órganos.
A través de esta tecnología novedosa, el equipo descubrió una «trayectoria genética» en la que las neuronas de un lado se proyectaban a los órganos de la parte superior del cuerpo, como los pulmones y el esófago, mientras que las neuronas del otro lado se proyectaban a los órganos de la parte inferior del abdomen.
«Al observar la firma genética del nervio vago, pudimos saber a qué órgano se proyectaba cada neurona a lo largo del eje rostro-caudal del cuerpo», dice Chang. «Entonces, en resumen, nuestro primer hallazgo es que hay códigos genéticos para la información de órganos viscerales en el nervio vago».
Los investigadores encuentran una sorpresa
Además, cada uno de nuestros órganos está hecho de componentes individuales que tienen diferentes funciones. El estómago, por ejemplo, consta de capas de tejido que incluyen la capa de tejido conectivo superficial, la capa muscular y la capa de mucosa más interna. Los investigadores también descubrieron una codificación genética distinta que guía a las neuronas sensoriales vagales a las diferentes capas de tejido. Esta codificación es totalmente independiente de la codificación genética de los órganos.
«Nuestro segundo hallazgo es realmente sorprendente. Nadie en estudios anteriores había siquiera considerado esto», dice Chang. «Al conocer estos dos códigos, se sabe con precisión dónde se proyecta en el cuerpo una neurona en particular del nervio vago».
Incluso en la misma ubicación dentro del cuerpo, pueden ocurrir muchos tipos de cambios, como cambios mecánicos cambios, liberación de hormonas o inflamación. Para comprender mejor cómo el cuerpo detecta estos cambios, los investigadores desarrollaron una nueva técnica llamada hibridación in situ con fluorescencia transformada por imágenes de calcio vagal, o vCatFISH. Primero, utilizando imágenes de calcio in vivo, visualizaron la actividad neuronal en ratones vivos en respuesta a varios estímulos. A medida que los ratones experimentaron cambios corporales como el estiramiento del estómago o el movimiento de nutrientes a través del intestino, los investigadores estudiaron las respuestas de calcio del ganglio vagal para ver qué neuronas se activaron.
Usando este enfoque, los investigadores encontraron poblaciones segregadas de neuronas con propiedades genéticas similares, cada una detectando un tipo particular de estímulo sin importar dónde ocurriera.
«Aprendimos que algunas neuronas en el nervio vago pueden responder al estiramiento del pulmón, otras responden al estiramiento del estómago y otros pueden responder a la perfusión intestinal de nutrientes», dice Chang. «Para las neuronas que están diseñadas para detectar el estiramiento, por ejemplo, no importa dónde ocurrió el estiramiento, podría ser del pulmón, el estómago o el intestino delgado. En otras palabras, las neuronas con el mismo código de ‘estiramiento’ responden a los estiramientos independientemente de órganos o capas de tejido, es una tercera dimensión independiente».
Nuevos enfoques para el tratamiento de enfermedades
Al saber cómo el nervio vago comunica diferentes señales al cerebro, los investigadores esperan poder herramientas de diseño dirigidas a vías de señales individuales.
«Si entendemos cómo el nervio vago puede controlar el corazón, por ejemplo, esto podría conducir a encontrar nuevas formas de tratar la hipertensión», dice Zhang.
Además, la estimulación del nervio vago es un tratamiento eficaz para la epilepsia y la depresión, pero los investigadores aún no entienden por qué. Al saber qué neuronas están involucradas con funciones específicas, el equipo espera que sigan tratamientos más efectivos y precisos.
«A corto plazo, esperamos aumentar la eficacia del enfoque de estimulación del nervio vago ya existente». dice Chang. «Pero nuestro objetivo a largo plazo es usar nuestra investigación para diseñar tratamientos para muchos tipos de trastornos diferentes».
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Ramas intestinales del nervio vago, componentes esenciales del sistema de recompensa y motivación del cerebro Más información: Qiancheng Zhao et al, A multidimensional coding architecture of the vagal interoceptivo system, Nature (2022) ). DOI: 10.1038/s41586-022-04515-5 Información de la revista: Nature
Proporcionado por la Universidad de Yale Cita: Revelando las comunicaciones entre el cerebro y el cuerpo (21 de marzo de 2022 ) recuperado el 29 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2022-03-revealing-brain-body.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.