Un estudio reciente desafía la visión clásica del desarrollo embrionario de la corteza cerebral desde sus fases iniciales.
El estudio es obra de un equipo que incluye, entre otros, a Irene Varela-Martínez y Marta Nieto, ambas del Centro Nacional de Biotecnología (CNB), dependiente del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) en España.
El trabajo revela que las neuronas de la corteza cerebral no se generan siguiendo un programa secuencial rígido durante el desarrollo embrionario, como se creía, sino a través de dos vías independientes y simultáneas. Concretamente, estas dos vías de producción de neuronas no se activan una después de la otra en un orden fijo sino que las progenitoras pueden producir ambos tipos en paralelo, a través de linajes separados.
La investigación identifica además un interruptor molecular que influye en el tipo de neurona que producirá cada célula madre cerebral.
Estos resultados se han obtenido utilizando modelos experimentales de ratón.
“Nuestros resultados respaldan la idea de que todas las neuronas de la corteza cerebral proceden inicialmente del mismo tipo de células madre, pero cuestionan que su desarrollo siga una secuencia fija y predeterminada”, aclara la Dra. Marta Nieto.
El cerebro humano, como el de otros mamíferos, se forma durante el desarrollo a partir de células madre especiales llamadas progenitoras radiales. Estas células producen todas las neuronas principales de la corteza cerebral, la parte más evolucionada del cerebro. Según a dónde envían sus conexiones, las neuronas de la corteza cerebral se dividen en dos grandes grupos: Unas conectan la corteza con estructuras situadas fuera de ella, como la médula espinal o el tálamo (una estructura situada en el centro del cerebro, que filtra la información que recibe de los sentidos la información de los sentidos antes de enviarla a la corteza cerebral). Son las llamadas neuronas extratelencefálicas o extracorticales.
Las neuronas más abundantes de la corteza cerebral
El segundo tipo de neuronas conectan distintas zonas de la corteza entre sí y se conocen como neuronas intratelencefálicas o intracorticales. Hasta ahora se pensaba que todas las progenitoras eran iguales y seguían un programa rígido. Sin embargo, este trabajo muestra que, muy pronto en el desarrollo, algunas progenitoras se especializan y solo producen este segundo tipo de neuronas. “Estas últimas permiten funciones cognitivas complejas, como razonar, planificar o recordar. Son también las más abundantes en el cerebro humano y las que más se han expandido durante la evolución de los mamíferos”, explica la Dra. Marta Nieto.
“Este nuevo estudio demuestra que desde las primeras divisiones de las células progenitoras, en los primeros días del desarrollo embrionario, emergen simultáneamente dos linajes separados: uno dedicado a producir neuronas extracorticales y otro a producir neuronas intracorticales. No hay un antes y un después. Es decir, los dos procesos comienzan a la vez, en paralelo, desde el principio”, señala la Dra. Irene Varela-Martínez.
Según el estudio, la diferencia radica en cómo progresa cada rama. Las neuronas extracorticales producen en pequeños grupos, mediante divisiones que se agotan rápidamente. Las intratelencefálicas, en cambio, se generan a través de progenitores que siguen dividiéndose durante más tiempo, si bien más despacio, produciendo grupos más grandes de neuronas que ocupan distintas capas de la corteza. Esto explica por qué al principio del desarrollo nacen más extracorticales y, más adelante, casi exclusivamente intracorticales debido a ritmos de producción diferentes.
Para llegar a estas conclusiones, el equipo de investigación utilizó una técnica llamada MADM en ratones, que permite trazar con marcadores fluorescentes la descendencia de cada división celular y seguir el rastro de cada neurona generada. Los autores del estudio combinaron esta técnica con el trazado de las conexiones que establecen las neuronas recién formadas para diferenciar las neuronas extratelencefálicas e intratelencefálicas. Esto permitió identificar por primera vez, de forma global, qué tipo de neurona producía cada progenitor en cada momento del desarrollo.
El interruptor que decide qué neurona nace
El estudio identifica una proteína (POU3F2) que actúa como un “interruptor” que contribuye a la activación de la célula progenitora y le indica que debe producir neuronas intracorticales. Esta proteína no espera a que la célula haya terminado de dividirse para dar la instrucción, sino que lo hace durante la división celular.
Identificar qué mecanismos moleculares controlan este proceso de división es importante porque las variantes en la activación de las células madre están asociadas a dificultades cognitivas en el aprendizaje, la comunicación o la regulación emocional. Aunque se trata de investigación básica, los hallazgos tienen implicaciones directas para comprender qué ocurre cuando el desarrollo cerebral falla.
Conocer el mecanismo que controla la producción de estas neuronas desde el inicio del desarrollo abre la puerta a entender mejor por qué algunas de estas enfermedades aparecen, y en el futuro podría ayudar a diseñar estrategias para proteger o incluso regenerar los circuitos cerebrales dañados durante la infancia, tras un ictus o en enfermedades neurodegenerativas, entre otras.
El trabajo contó con la participación del Instituto de Ciencia y Tecnología de Austria (ISTA), el Instituto de Investigación e Innovación en Salud (i3S) de la Universidad de Oporto en Portugal y el Centro de Neurociencias Cajal del CSIC.
El estudio se titula “Early fate diversification of radial glial progenitors during corticogenesis”. Y se ha publicado en la revista académica Science Advances.
