Cómo las experiencias sensoriales dan forma a las neuronas

Resumen: Un nuevo estudio presenta BARseq, un método rápido y rentable para mapear las células cerebrales, que revela nueva información sobre cómo está estructurado nuestro cerebro a nivel celular. Los investigadores utilizaron BARseq para clasificar millones de neuronas en diferentes cerebros de ratones, descubriendo «firmas celulares» únicas que definen cada región del cerebro.

El estudio también destacó cómo la privación sensorial, como la pérdida de visión, puede reorganizar significativamente estas estructuras neuronales, subrayando la importancia de las experiencias sensoriales en la configuración del cerebro. Esta nueva herramienta no sólo mejora nuestra comprensión de la arquitectura del cerebro, sino que también abre la posibilidad de explorar los cambios cerebrales asociados con las enfermedades.

Aspectos principales:

1. La tecnología BARseq permite un mapeo rápido y extenso de las neuronas en todo el cerebro, identificando firmas celulares distintas y únicas para cada región del cerebro.
2. Las experiencias sensoriales, en particular la visión, desempeñan un papel fundamental en el mantenimiento y la configuración de las distintas identidades celulares de diferentes áreas del cerebro.
3. El método BARseq es más conveniente y rápido que las tecnologías anteriores de mapeo cerebral, lo que permite una mayor accesibilidad para que los investigadores realicen estudios cerebrales avanzados.

Fuente: Instituto Allen

Los científicos saben desde hace mucho tiempo que nuestro cerebro está organizado en áreas especializadas, cada una de las cuales es responsable de distintas tareas. La corteza visual procesa lo que vemos, por ejemplo, mientras que la corteza motora gobierna el movimiento. Pero cómo La formación de estas regiones y cómo se diferencian sus componentes neuronales sigue siendo un misterio.

Un estudio publicado hoy sobre Naturaleza arroja nueva luz sobre el paisaje celular del cerebro. Investigadores del Instituto Allen de Ciencias del Cerebro utilizaron un método avanzado llamado BARseq para clasificar y mapear rápidamente millones de neuronas en nueve cerebros de ratones.

Descubrieron que, si bien las regiones del cerebro comparten los mismos tipos de neuronas, la combinación específica de estas células le da a cada área una «firma» distinta, similar a una tarjeta de identidad celular.

El equipo exploró más a fondo cómo las entradas sensoriales influyen en estas firmas celulares. Descubrieron que los ratones privados de visión experimentaron una importante reorganización de los tipos de células dentro de la corteza visual, lo que desdibujó las distinciones con las áreas cercanas.

Estos cambios no se limitaron al área visual sino que se produjeron en la mitad de las regiones corticales, aunque en menor medida.

El estudio destaca el papel fundamental de las experiencias sensoriales en la configuración y el mantenimiento de la identidad celular única de cada región del cerebro.

«BARseq nos permite ver con una precisión sin precedentes cómo las entradas sensoriales influyen en el desarrollo del cerebro», dijo Xiaoyin Chen, Ph.D., coautor principal del estudio e investigador asistente en el Instituto Allen.

«Estos amplios cambios ilustran lo importante que es la visión en la configuración de nuestro cerebro, incluso en el nivel más básico».

Una nueva y poderosa herramienta de mapeo cerebral

Anteriormente, adquirir datos unicelulares en múltiples cerebros era un desafío, dijo Mara Rue, Ph.D., coautora principal y científica del Instituto Allen. Pero BARseq es más barato y requiere menos tiempo que tecnologías de mapeo similares, dijo, lo que permite a los investigadores examinar y comparar la arquitectura molecular de todo el cerebro de múltiples individuos.

BARseq etiqueta células cerebrales individuales con “códigos de barras” de ARN únicos para rastrear sus conexiones en todo el cerebro. Estos datos, combinados con el análisis de la expresión genética, permiten a los científicos localizar e identificar una gran cantidad de neuronas en cortes de tejido.

Para este estudio, los investigadores utilizaron BARseq como método independiente para analizar rápidamente la expresión genética en muestras de tejido intactas. En sólo tres semanas, los investigadores mapearon más de 9 millones de células de ocho cerebros.

La escala y la velocidad de BARseq proporcionan a los científicos una nueva y poderosa herramienta para profundizar en las complejidades del cerebro, dijo Chen.

«BARseq nos permite ir más allá del mapeo de cómo se ve un cerebro 'modelo' o 'estándar' y comenzar a usarlo como una herramienta para comprender cómo cambia y varía el cerebro», dijo Chen. «Con esta productividad, ahora podemos plantear estas preguntas de forma muy sistemática, algo impensable con otras técnicas».

Chen y Rue señalaron que el método BARseq está disponible gratuitamente. Esperan que su estudio anime a otros investigadores a utilizarlo para estudiar los principios organizativos del cerebro o profundizar en los tipos de células asociadas con las enfermedades.

«Esto no es algo que sólo los grandes laboratorios puedan hacer», dijo Rue. «Nuestro estudio es una prueba de principio de que BARseq permite a una amplia gama de personas en el campo utilizar la transcriptómica espacial para responder sus preguntas».

Sobre este mapeo cerebral y novedades sobre investigación neurotecnológica

Autor: Peter Kim
Fuente: Instituto Allen
Contacto: Peter Kim – Instituto Allen
Imagen: Crédito de la imagen a Neuroscience News.

Investigacion original: Acceso libre.
“La secuenciación in situ de toda la corteza revela la identidad del área dependiente de entradas”por Xiaoyin Chen et al. Naturaleza

Abstracto

La secuenciación in situ de toda la corteza revela la identidad del área dependiente de entradas

La corteza cerebral está compuesta por tipos neuronales con diferente expresión genética organizados en áreas corticales especializadas. Estas áreas, cada una con citoarquitectura, conectividad y actividad neuronal características, están conectadas en redes modulares.

Sin embargo, no está claro si estas organizaciones espaciales se reflejan en las firmas transcriptómicas neuronales y cómo se establecen dichas firmas durante el desarrollo.

Aquí utilizamos BARseq, una técnica de secuenciación in situ de alto rendimiento, para interrogar la expresión de 104 genes marcadores de tipo celular en 10,3 millones de células, incluidas 4.194.658 neuronas corticales en nueve hemisferios del cerebro anterior del ratón, una resolución celular. La agrupación de novo de la expresión génica en neuronas individuales reveló tipos transcriptómicos consistentes con estudios previos de secuenciación de ARN unicelular. La composición de los tipos transcriptómicos predice en gran medida la identidad del área cortical.

Además, las áreas con composiciones similares de tipos transcriptómicos, que definimos como módulos corticales, se superponen con áreas altamente conectadas, lo que sugiere que la misma organización modular se refleja tanto en las firmas transcriptómicas como en la conectividad.

Para explorar cómo los perfiles transcriptómicos de las neuronas corticales dependen del desarrollo, evaluamos las distribuciones de tipos de células después de la enucleación binocular neonatal.

En particular, la enucleación binocular provocó que los perfiles de composición de tipo celular de las áreas visuales se desplazaran a áreas corticales vecinas dentro del mismo módulo, lo que sugiere que las entradas periféricas refinan las distintas identidades transcriptómicas de las áreas dentro de los módulos corticales.

Gracias al alto rendimiento, el bajo costo y la reproducibilidad de BARseq, nuestro estudio proporciona una prueba de principio para el uso de secuenciación in situ a gran escala para revelar la arquitectura molecular de todo el cerebro y comprender su desarrollo.