Investigadores del St. Jude Children's Research Hospital han creado una base de datos masiva de los cambios en la actividad genética de células individuales en el cerebelo durante el desarrollo embrionario e inmediatamente después del nacimiento. El análisis de miles de células cerebrales aisladas de ratones ofrece a los investigadoresmapa de resolución que permite a los científicos ver los cambios genómicos detallados que experimentan las células a medida que el cerebelo conecta sus circuitos neuronales. La investigación no solo ayudará a la comprensión básica del desarrollo cerebral, sino que también proporcionará una base para comprender los orígenes celulares de los trastornos cerebrales causados por errores enEstos defectos anatómicos incluyen el síndrome de Joubert, la malformación de Dandy-Walker y la hipoplasia pontocerebelosa. La base de datos permitirá futuros estudios que rastreen los orígenes celulares de los tumores cerebrales infantiles como el meduloblastoma, el astrocitoma y el ependimoma.
Los investigadores de todo el mundo pueden interactuar con los datos a través de una interfaz que St. Jude ha creado llamada Cell Seek.
Los hallazgos aparecen hoy en la revista Biología actual . La investigación fue dirigida por los autores corresponsales John Easton, Ph.D., del Departamento de Biología Computacional; Paul Northcott, Ph.D., del Departamento de Neurobiología del Desarrollo; y Charles Gawad, MD, Ph.D., de los Departamentos de Oncología y Biología Computacional.
Aunque el cerebelo constituye solo alrededor del 10 por ciento del volumen del cerebro en humanos, contiene más de la mitad de todas las células nerviosas del sistema nervioso central. El cerebelo también es un centro clave de control del cerebro, coordina la función motora y controla funciones superiores comoatención y procesamiento espacial y del lenguaje.
En su investigación, Easton, Northcott, Gawad y sus colegas utilizaron una tecnología de secuenciación genética llamada RNA-seq de células individuales para medir la actividad continuamente cambiante de genes en células cerebrales aisladas de ratones embrionarios y recién nacidos. Los investigadores secuenciaron el RNA porqueel nivel de dicho ARN refleja el nivel de actividad génica, o "expresión", en la célula. El ARN actúa como plantilla para construir proteínas que son los bloques de construcción de las células.
La mayoría de los estudios de desarrollo cerebral previos analizaron los cambios en las mezclas de diferentes tipos de células cerebrales o estudiaron un número limitado de genes. Sin embargo, los investigadores de St. Jude analizaron la expresión génica en una amplia gama de genes en cada uno de los tipos de células presentes en eldesarrollo del cerebro del ratón.
Para compilar sus datos, los científicos realizaron análisis de secuencia de ARN de 39,245 células cerebrales durante 12 puntos temporales del desarrollo cerebral. Los 12 puntos temporales, una secuencia de días durante el desarrollo cerebral, eran bien conocidos como etapas en las células cerebrales inmaduras "decide "desarrollarse en células especializadas maduras.
"Lo que hemos hecho es adquirir perfiles de expresión global de células individuales sin usar ningún conocimiento previo. Esto nos ha permitido estudiar cuántos tipos de células hay en un punto de desarrollo específico y cómo se relacionan entre sí en mucho menos tiempo"."De manera sesgada que las estrategias anteriores", dijo Gawad. "Si podemos capturar células en estos diferentes estados de desarrollo, podemos comenzar a comprender las enfermedades pediátricas que ocurren como resultado del desarrollo anormal del cerebelo".
"Además, dado que la mayoría de los tumores cerebrales en niños pequeños ocurren en la región cerebelosa, esto nos ayudará a identificar las células de origen para diferentes tumores cerebrales y subtipos de tumores cerebrales", dijo.
Para demostrar su base de datos, los investigadores rastrearon la expresión génica en un tipo de célula cerebral inmadura llamada célula progenitora glutamatérgica, ya que "decidió" en qué tipo de célula cerebral madura se convertiría. Su análisis reveló que el punto de decisión se caracterizaba por las ondasde activación de genes de control maestro llamados factores de transcripción que regulan otros genes.
"Este análisis nos mostró que el programa de desarrollo para estas células era aún más complejo de lo que apreciamos anteriormente", dijo Gawad. El hallazgo abre la puerta para una comprensión más profunda del tipo y el orden de los procesos genéticos que impulsan la maduración de estas células, él dijo.
La interfaz Cell Seek permitirá a los investigadores de todo el mundo obtener información sobre el desarrollo del cerebro a partir de los datos, dijo Gawad.
"Este tipo de datos de otra manera no sería accesible para muchos laboratorios, ya que son aún más complejos de analizar que los datos de secuenciación de ARN tradicionales", dijo.
"Queríamos construir una interfaz fácil de usar que permitiera a los laboratorios sin capacidad bioinformática extraer los datos", dijo Gawad. "Con Cell Seek, pueden rastrear fácilmente los procesos de desarrollo en los que están interesados y utilizar los conocimientos parainformar sus experimentos para estudiar el desarrollo cerebeloso y la enfermedad "
Otros investigadores de St. Jude ya están utilizando Cell Seek en sus estudios sobre el desarrollo normal y la formación de cáncer infantil.
Los primeros autores son Robert Carter, Laure Bihannic y Celeste Rosencrance, todos de St. Jude. Los otros autores son Jennifer Hadley, Yiai Tong, Timothy Phoenix y Sivaraman Natarajan, todos de St. Jude.
La investigación fue financiada por la Fundación V, la Fundación Sontag; el Fideicomiso Alexander y Margaret Stewart; la Asociación Americana para la Investigación del Cáncer; el Fondo Burroughs Wellcome; la Fundación para el Cáncer Pediátrico Hyundai; la Sociedad de Leucemia y Linfoma; y ALSAC, elorganización de recaudación de fondos y concientización de St. Jude.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Hospital de investigación infantil St. Jude . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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