El estudiante graduado Ubadah Sabbagh colocó un portaobjetos de vidrio frío en el microscopio. Se estaba haciendo tarde y el laboratorio estaba en silencio. Ajustó algunas configuraciones y trazó a lo largo del tracto óptico antes de acercarse al tálamo del cerebro. Lo que vio lo sorprendió.: dos franjas adyacentes de puntos brillantes, cada punto denota un cuerpo celular.
En ese momento, habían pasado dos décadas desde que los científicos informaron que un área pequeña en el tálamo visual del cerebro tenía características únicas que lo diferenciaban de las regiones cercanas. Estudios previos dirigidos por otros investigadores mostraron que la región, llamada núcleo geniculado lateral ventral, se conecta a los circuitos neuronales involucrados en la regulación del ritmo circadiano y el estado de ánimo.
Pero se sabía poco sobre la arquitectura celular de la región, hasta ahora.
En un nuevo estudio publicado en línea esta semana en el Revista de Neuroquímica , los científicos de Virginia Tech identificaron más de 40 genes expresados en vLGN y descubrieron más de media docena de nuevos subtipos de neuronas, cada uno de los cuales expresa moléculas únicas y se agrupan en capas muy compactas.
"El momento 'sorpresa' para mí fue cuando Ubadah me mostró la imagen de los dos subtipos de células alineados en capas adyacentes", dijo Michael Fox, autor principal del estudio y profesor del Instituto de Investigación Biomédica Fralin en VTC ".nos sorprendió porque cuando vemos grupos de neuronas en capas, generalmente significa que el área del cerebro está segregando diferentes tipos de información. Ahora tenemos un kit de herramientas más preciso para ayudarnos a comprender qué hacen los tipos de células específicos en el vLGN ".
El vLGN abarca solo unos pocos cientos de micrómetros en ratones y recibe señales del ojo a través del nervio óptico. Pero, a diferencia de otras regiones visuales del cerebro, no está asociado con la formación clásica de imágenes.
Los neurocientíficos inicialmente estudiaron esta región cerebral destruyendo sus células y documentando los efectos. Sin embargo, en el proceso también interrumpieron los circuitos cerebrales colaterales. Esto condujo a cambios de comportamiento significativos y dificultó discernir qué efectos estaban vinculados a la vLGN.Desde entonces, los investigadores han desarrollado herramientas genéticas más precisas y menos invasivas que les permiten ver lo que sucede cuando se activa o desactiva la actividad de un tipo de célula específico.
Fox quería aplicar estas técnicas modernas para comprender la función de vLGN y las conexiones posteriores, pero primero necesitaba determinar a qué tipos de células apuntar. Sabbagh, luego un estudiante graduado de segundo año en la licenciatura en Biología, Medicina y Salud Translacional de Virginia Techprograma, establecido para desarrollar un atlas que describa la estructura celular de vLGN como parte de su tesis doctoral.
No pasó mucho tiempo antes de que encontraran la primera pista de que el vLGN podría estar organizado por tipo de célula en capas segregadas, que los investigadores describieron en un estudio de 2018.
En ese estudio, el equipo de Fox reveló dos tipos de estructuras especializadas en forma de celosía, llamadas redes perineuronales, que envolvían distintos tipos de neuronas inhibidoras. Cuando los científicos tiñeron estas redes perineuronales, descubrieron que diferentes poblaciones de neuronas cubiertas por estas redesse distribuyeron en franjas distintas en vLGN.
"Esa fue nuestra primera pista de que podría haber capas, pero todavía necesitábamos identificar más tipos de células para ver si también se alineaban en dominios no superpuestos", dijo Fox.
Durante el año siguiente, Sabbagh probó aproximadamente 70 riboprobes diferentes para mapear el paisaje celular de vLGN. Las riboprobes son segmentos de ácidos ribonucleicos ARN que se unen a segmentos complementarios de ARN.
Los científicos agregan genes de fluorescencia tomados de otros organismos y virus a la sonda, por lo que cuando un segmento de ARN cumple con su secuencia correspondiente, las moléculas objetivo se iluminan. Los investigadores combinaron estas herramientas para visualizar células que producen moléculas genéticas específicas en el vLGN, concada molécula brilla en un color diferente bajo el microscopio.
Este método reveló distintas capas en los escaneos, pero los científicos querían estar seguros. Sabbagh codificó un programa de computadora para escanear imágenes del vLGN y medir las señales de las sondas, que verificaron sus hallazgos y mostraron distintas capas.
Pero una pregunta persistió: ¿De dónde obtenían su información estas células?
Los investigadores utilizaron una herramienta de rastreo viral no peligrosa para determinar qué neuronas en el vLGN se comunicaban con las neuronas que recubren la retina del ojo. El virus tardó un mes en viajar unos milímetros entre la retina y el tálamo, pero valió la penaEspere.
El virus reveló que las células en cada una de las capas principales de vLGN recibieron señales visuales directas de las neuronas retinianas en el ojo. Luego, los colaboradores de la Universidad de Louisville analizaron las propiedades de comunicación de esas conexiones. Juntas, estas ideas ayudan a describir cómo la información visualse procesa en vLGN.
"Este es un hallazgo emocionante. Todavía tenemos más trabajo por hacer para llenar los vacíos, pero espero que encontremos más tipos de células y tal vez incluso más capas a medida que continuamos encontrando más biomarcadores", dijo Fox, quientambién es profesor en la Facultad de Ciencias de Virginia Tech y recientemente fue nombrado director de la Facultad de Neurociencias de la Universidad.
Su equipo ha comenzado a analizar la expresión génica en células individuales, utilizando un proceso llamado secuenciación de ARN de células individuales. Fox dice que una vez que sepan más sobre tipos de células específicas, pueden rastrear los circuitos y comenzar a revelar cómo las neuronas de vLGN se relacionan con otro cerebroregiones.
"Sospechamos que el vLGN tiene numerosas funciones, incluida la regulación del estado de ánimo, pero ahora podremos analizar cómo los tipos de células específicas contribuyen a esas funciones con mayor precisión", dijo Sabbagh, quien recientemente recibió un premio nacional de 390,000 dólares por seis añosPremio de los Institutos de Salud para apoyar su investigación.
Esta investigación también plantea preguntas sobre la evolución del cerebro y la biología comparativa. A medida que los mamíferos evolucionaron hacia especies más grandes, sus vLGN se redujeron en relación con el resto del tálamo visual. Al revelar la complicada arquitectura de los vLGN en ratones, Fox espera arrojar luz sobre cómo estoslas instrucciones genéticas pueden cruzarse en otras especies.
Este estudio fue apoyado por los Institutos Nacionales de Salud.
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Materiales proporcionado por Virginia Tech . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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