Al igual que las maletas empaquetadas descargadas desde la parte inferior de un chorro, las bolsas moleculares llamadas exosomas se despliegan continuamente desde todas las células del cuerpo, cada una repleta de una variedad de contenidos que otra célula puede desempacar y usar. Al enviar estas parcelas biológicas, las células se comunican entre sí a través de proteínas compartidas y material genético.
Una vez que se pensó simplemente que eran bolsas microscópicas de "basura" celular, ahora se entiende que los exosomas tienen una importancia inmensa para nuestra salud. Un flujo de investigación en los últimos años incluso ha demostrado que pueden transportar moléculas que están relacionadas con la propagación del cáncer ytrastornos neurodegenerativos como el Alzheimer. Sin embargo, hasta hace poco, su papel en el desarrollo del cerebro seguía siendo un misterio.
En una nueva investigación publicada en Actas de la Academia Nacional de Ciencias , Hollis Cline, PhD, y sus colegas de Scripps Research comienzan a cerrar esa brecha de conocimiento al mostrar que los exosomas no solo son parte integral del desarrollo de las neuronas y los circuitos neuronales, sino que pueden restaurar la salud de las células cerebrales afectadas por enfermedades del desarrollo.
"Durante las diferentes etapas del desarrollo del cerebro, la señalización entre las células es absolutamente esencial", dice Cline, copresidente del Departamento de Neurociencia en Scripps Research y director del Centro de Neurociencia Dorris ". Descubrimos que los exosomas son una de las formaslas células comunican estas señales "
Nuestros cuerpos usan contenedores esféricos llamados "vesículas" para traficar diferentes materiales dentro y entre las células. Los exosomas son un tipo de vesícula encargada específicamente de transportar diversos cargamentos biológicos lípidos, proteínas, ARN de una célula a otra. La investigación de Clinedeterminó que las proteínas, en particular, eran responsables de las capacidades de señalización de célula a célula de los exosomas.
Su equipo de investigación examinó los exosomas de neuronas humanas sanas y las de un modelo de enfermedad del síndrome de Rett, un trastorno cerebral del desarrollo impulsado genéticamente que causa síntomas similares al autismo.
Pranav Sharma, PhD, neurocientífico en el laboratorio de Cline, diseñó experimentos para identificar y comparar claramente la bioactividad del exosoma de las neuronas sanas y las neuronas enfermas. A través de múltiples ensayos celulares y funcionales, descubrieron que los exosomas afectados por Rett no contenían ningún dañoproteínas, pero tampoco tenían proteínas de señalización esenciales que se encuentran en exosomas sanos. "No tenían cosas malas, pero carecían de las buenas", dice Sharma.
Como parte del experimento, el equipo utilizó la tecnología de edición de genes CRISPR para corregir la mutación que causa el síndrome de Rett, y luego examinó si las funciones de señalización de los exosomas neurales se restauraron como resultado. "La reparación de la mutación revirtió los déficits"Dice Sharma
También probaron si la adición de exosomas saludables a un modelo de plato de cultivo del síndrome de Rett proporcionaría un efecto terapéutico. Lo hizo.
"Ese fue quizás nuestro hallazgo más emocionante: que los exosomas de las células sanas pueden rescatar las deficiencias del neurodesarrollo en las células con síndrome de Rett", dijo Cline. "Vemos esto como muy prometedor debido a los muchos trastornos del neurodesarrollo que necesitan un tratamiento".Estos son trastornos para los cuales ya tenemos un conocimiento profundo de las deficiencias genéticas subyacentes, pero todavía nos falta una terapia para abordar la enfermedad en sí ".
Sharma dice que el estudio se basó en neuronas humanas derivadas de células madre pluripotentes inducidas iPSC de pacientes Rett. Para este aspecto del experimento, el equipo se basó en la experiencia de Alysson Muotri, PhD, especialista en neurociencia y células madre de la Universidadde California, San Diego. Para obtener los datos proteómicos ricos y cuantificables necesarios para caracterizar los exosomas, el equipo colaboró con varios otros de Scripps Research, incluido el pionero de la espectrometría de masas John Yates III, PhD, y el científico Daniel McClatchy, PhD, en Yateslaboratorio.
"El cerebro es un órgano muy complicado, y las neuronas son más complejas que las células normales", dice Sharma. "No queríamos perdernos en la complejidad, por lo que decidimos un enfoque reduccionista para probar cuáles son estas vesículascapaz de y lo que contienen "
También inyectaron exosomas sanos en un hipocampo de ratón, una región del cerebro involucrada en el aprendizaje y la memoria, y observaron una mayor proliferación de neuronas. Esto in vivo la faceta del estudio demostró que la bioactividad del exosoma observada en cultivos celulares se trasladó a un modelo animal.
Armados con sus notables hallazgos, Cline y su equipo ahora tienen la intención de profundizar en sus resultados y explorar una serie de nuevas preguntas relacionadas con la bioactividad del exosoma y las posibles aplicaciones clínicas: ¿podrían medirse los exosomas en un análisis de sangre para detectar la enfermedad o la eficacia del tratamiento?¿Estos hallazgos también se aplican a los trastornos del espectro autista TEA y otras enfermedades del desarrollo neurológico, como Fragile X? ¿Podrían algún día las terapias basadas en exosomas ayudar a los pacientes con trastornos cerebrales?
"Esta investigación tiene una gran relevancia para muchas enfermedades relacionadas con el desarrollo del cerebro", dice Cline. "Es una biología muy interesante que tiene muchos científicos entusiasmados con las posibilidades".
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Materiales proporcionado por Instituto de Investigación Scripps . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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