Los investigadores de Johns Hopkins Medicine informan que han creado un método para mapear cómo se desarrolla el sistema nervioso central mediante el seguimiento de los genes expresados en las células. La técnica, demostrada en las retinas de ratón para este estudio, sigue la actividad de los genes utilizados por las células individuales durantedesarrollo, lo que permite a los investigadores identificar patrones con detalles sin precedentes. Este tipo de hoja de ruta precisa, dicen los investigadores, podría usarse para desarrollar futuros tratamientos regenerativos para el cegamiento y otras enfermedades neurológicas.
"Este es de lejos el mapa más completo que tenemos del desarrollo celular en el sistema nervioso central", dice Seth Blackshaw, Ph.D., profesor de neurociencia en la Facultad de Medicina de la Universidad Johns Hopkins y miembro de la facultad deEl Instituto Johns Hopkins de Ingeniería Celular.
"Si podemos aprovechar este tipo de mapa para enseñar a las células madre a crear un cierto tipo de células de la retina, algún día podríamos reemplazar las células perdidas por la degeneración macular y otras enfermedades cegadoras", dice Genevieve Stein-O'Brien, Ph.D.., becario postdoctoral en la Facultad de Medicina de la Universidad Johns Hopkins en el laboratorio de Elana Fertig, Ph.D., profesor asociado de oncología en la Facultad de Medicina de la Universidad Johns Hopkins y miembro del Centro de Cáncer Johns Hopkins Kimmel.
Una descripción del trabajo se publica el 22 de mayo en la edición en línea de la revista neurona .
Blackshaw dice que la retina, una estructura bien entendida que contiene muchos de los tipos de células que se encuentran en el resto del sistema nervioso y, como tal, es un excelente ejemplo para usar en estudios sobre cómo se desarrolla el sistema nervioso central.
Cada uno de los muchos tipos de células que componen la retina son producidos por progenitores neurales, células similares a las células madre que tienen la capacidad de convertirse en prácticamente cualquier tipo de células retinianas dependiendo de los genes que se activan y desactivan durante el desarrollo.Los patrones genéticos necesarios para crear cada tipo de célula se producen a lo largo de una línea de tiempo estricta. Las neuronas, como los bastones y conos que absorben la luz en la retina, son producidas por progenitores más jóvenes, mientras que las células gliales de soporte son creadas por progenitores más antiguos.
Para estudiar el proceso en detalle y crear la hoja de ruta, los investigadores primero secuenciaron el ADN de las células retinianas de ratones individuales en diferentes puntos de tiempo de desarrollo, desde los primeros progenitores hasta las células de la retina adulta.
Luego, los investigadores pusieron esta información en un programa informático de aprendizaje automático desarrollado por Stein-O'Brien. El programa fue diseñado para comprimir rápidamente la inmensa cantidad de datos genéticos, agrupando células similares para generar un mapa que permita a los investigadores visualizar el desarrolloEl programa de computadora produjo una estructura de ramificación que permitió a los investigadores ver qué tipos de células dan lugar a otras, cuáles están más estrechamente relacionadas y qué cambios genéticos ocurren que conducen a los más de 100 tipos de células que se encuentran en la retina del ratón y del ser humano.
"El mapa nos proporciona una manera de ver el impacto que los genes individuales y las redes de genes tienen en el sistema nervioso central en desarrollo", dice Blackshaw.
En un experimento de prueba de principio, los investigadores luego optaron por observar de cerca tres de los genes: factor nuclear 1 NFI a, byx, que son esenciales para ayudar a un progenitor a determinar su edad y quétipos de células retinianas que puede producir.
Los investigadores diseñaron genéticamente ratones para expresar los tres genes en abundancia o nada en absoluto, y observaron cómo cambiaron los ciclos de vida de sus células de la retina al rastrear qué genes se activaron en un momento dado en el programa de computadora.que las células que expresan niveles aumentados de los genes NFI actuaron de forma más antigua de lo que eran y produjeron más de los tipos de células correspondientes células gliales que los progenitores retinianos normales.y continuó dividiéndose, actuando como células progenitoras jóvenes.
En última instancia, dicen los investigadores, esperan aplicar la técnica de mapeo a otros tipos de células para comprender mejor qué genes afectan el desarrollo de enfermedades en los otros tejidos del cuerpo ". Si sabemos con precisión cómo los progenitores pasan de una población de células madre no comprometida atejidos maduros, podemos usar esta hoja de ruta para redirigirlos a seguir específicamente otros caminos, dice Loyal Goff, Ph.D., profesor asistente de neurociencia en la Facultad de Medicina de la Universidad Johns Hopkins y miembro de la facultad en el Instituto McKusick-Nathans deMedicina Genética en Johns Hopkins.
Otros investigadores involucrados en este estudio incluyen a Brian Clark, Fion Shiau, Gabrielle Cannon, Clayton Santiago, Thanh Hoang, Fatemeh Rajaii y Rebecca James-Esposito de la Facultad de Medicina de la Universidad Johns Hopkins; Emily Davis-Marcisak de Sidney Kimmel Comprehensive CancerCentro y la Facultad de Medicina de la Universidad Johns Hopkins; Thomas Sherman del Centro Integral de Cáncer Sidney Kimmel y Richard Gronostajski de la Universidad de Buffalo.
La financiación para esta investigación fue proporcionada por el Instituto Nacional del Ojo R01EY020560, U01EY027267, F32EY024201, K99EY027844, K08EY027093, el Instituto Nacional del Cáncer R01XA177669, U01CA212007 los premios de Ciencia de Células Madre del Estado de Nueva York C02643, C03643, C03643, C03643, C03643, C03643, C03643, C03643, C03643, C02643la Iniciativa Chan-Zuckerberg DAF 2018-183445, 2018-183444, el Catalizador de la Universidad Johns Hopkins, los Premios Discovery de la Universidad Johns Hopkins y los Premios Sinergia de la Facultad de Medicina de la Universidad Johns Hopkins.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Medicina Johns Hopkins . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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