en un nuevo estudio publicado en la revista neurona , los científicos del Instituto de Investigación Scripps TSRI son los primeros en secuenciar los genomas completos de las neuronas individuales y en producir ratones vivos con genomas neuronales en todas sus células.
El uso de la técnica reveló ideas sorprendentes sobre los genomas de estas células, incluidos los hallazgos de que cada neurona contenía un promedio de más de 100 mutaciones y que estas neuronas acumulaban más mutaciones en genes que usaban con frecuencia.
"Los genomas neuronales han seguido siendo un misterio durante mucho tiempo", dijo la profesora asociada de TSRI Kristin Baldwin, autora principal del nuevo estudio y miembro del Centro de Neurociencia Dorris en TSRI ". Los hallazgos en este estudio y la extensa validación deEl descubrimiento de la mutación basada en la secuencia del genoma que permite este método, abre la puerta a estudios adicionales de mutaciones cerebrales en el envejecimiento y las enfermedades, que pueden ayudarnos a comprender o tratar el deterioro cognitivo en el envejecimiento, la neurodegeneración y las enfermedades del desarrollo neurológico como el autismo ".
Mutaciones únicas
Nuestros genomas individuales se heredan de nuestros padres y nos hacen únicos en nuestro comportamiento, apariencia y susceptibilidad a la enfermedad. Si bien se sabe que las nuevas mutaciones en los genomas de las células individuales causan cáncer, solo recientemente los investigadores comenzaron a apreciar cuán diferentes son los genomas dentropueden ser células normales del cuerpo. Varias líneas de investigación han sugerido que las células en el cerebro pueden ser particularmente únicas y propensas a acumular nuevas mutaciones de varios tipos, incluidos los genes "saltadores" llamados transposones.
Muchas de estas mutaciones pueden no ser dañinas, pero recolectar demasiadas mutaciones, o hacer que se acumulen en los genes necesarios para la función de una célula, podría conducir a la pérdida de neuronas o al cableado cerebral incorrecto, que son causas sospechosas de enfermedades comoAlzheimer y autismo.
"Necesitamos saber más sobre las mutaciones en el cerebro y cómo podrían afectar la función celular", dijo Jennifer Hazen, investigadora asociada de TSRI, coautora del nuevo estudio con Gregory Faust, de la Facultad de Medicina de la Universidad de Virginia.
Sin embargo, estudiar mutaciones en neuronas individuales ha presentado un desafío: una sola célula no contiene suficiente material genético para el análisis, sin embargo, estas mutaciones solo existen en células individuales. Desafortunadamente, los enfoques actuales de análisis de células individuales introducen nuevos errores de ADN y tambiéndestruye la única copia del ADN de la célula en el proceso, por lo que es imposible regresar y verificar si las mutaciones estaban realmente allí. Los científicos no pueden generar copias de las neuronas porque, a diferencia de otros tipos de células, las neuronas no se dividen encultivo de células.
"No ha habido una manera fácil de obtener más copias de una neurona", explicó el asistente de investigación de TSRI William Ferguson, coautor del artículo.
Copias a través de la clonación
El nuevo estudio ayuda a resolver este problema. El equipo tomó el núcleo de una neurona de ratón, que alberga su ADN, y lo insertó en un óvulo, que luego dividió y copió la mutación. Las células clonadas se desarrollaron en miles o incluso millones, de células madre con suficiente ADN para el análisis genómico. Los investigadores repitieron el proceso para crear varias líneas de neuronas clonadas.
"Trabajamos para que el huevo mismo copie los genomas de las células cerebrales usando la clonación", dijo Baldwin.
"Estamos engañando a la neurona para que piense que no es una neurona", agregó Hazen. "Esto nos da una fuente renovable de copias de estos genomas".
Para confirmar que las células clonadas eran de hecho neuronas, en lugar de otras células cerebrales, los investigadores etiquetaron las células con marcadores fluorescentes brillantes. "Cuando ves el marcador, es un suspiro de alivio, funcionó", dijo TSRI Research AssistantAlberto Ríos Rodríguez, coautor del estudio. El análisis genómico de las células clonadas proporcionó más evidencia de que las mutaciones únicas de la neurona se estaban transmitiendo.
Por primera vez, el equipo incluso pudo crear neuronas de células madre clonadas de ratones mayores de ocho semanas. Esto permitió a los investigadores ver mutaciones que se acumulan con el tiempo. Aún más sorprendente, varias de estas líneas de células madre podríancrecer en ratones adultos fértiles que eran clones de una sola neurona de ratón y portaban las mutaciones neuronales en cada célula sobre el resto del ADN del ratón original.
Sergey Kupriyanov, director de Mouse Genetics Core en TSRI y coautor del estudio, calificó el proyecto como "técnicamente desafiante". Los investigadores descubrieron que no todas las neuronas mutadas podrían convertirse en una línea de células madre, aunque se necesita más investigaciónnecesitaba explicar por qué.
Sin embargo, las líneas de células madre que se desarrollaron proporcionaron algunas ideas sorprendentes sobre el cerebro.
Implicaciones para las neuronas humanas
Los investigadores encontraron que las neuronas acumulan más mutaciones en los genes que usan, lo que contrasta con otros tipos de células que parecen proteger sus genes de uso común.
"Aún más sorprendente", dijo Baldwin. "Descubrimos que cada neurona que observamos era única: transportaba más de 100 cambios de ADN o mutaciones que no estaban presentes en otras células".
Los investigadores no están seguros de por qué esta diversidad es tan común, no hay evidencia de que las neuronas reorganicen su ADN como lo hacen las células sanguíneas, pero Baldwin dijo que si este fenómeno es cierto en los humanos, nuestros cerebros podrían contener 100 mil millones de genomas únicos.
Luego, los investigadores planean usar su técnica para estudiar genomas neuronales de ratones muy viejos y aquellos con enfermedades neurológicas. Esperan que este trabajo conduzca a nuevas ideas y estrategias terapéuticas para tratar el envejecimiento cerebral y las enfermedades neurológicas causadas por mutaciones neuronales.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Investigación Scripps . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cite esta página :