La famosa frase de Walt Whitman, "Soy grande, contengo multitudes", ha ganado un nuevo nivel de relevancia biológica.
A medida que crecemos, nuestras células cerebrales desarrollan genomas diferentes entre sí, según una nueva investigación de la Escuela de Medicina de Harvard y el Hospital de Niños de Boston.
El estudio, publicado el 2 de octubre en ciencia , muestra por primera vez que las mutaciones en las células somáticas, es decir, cualquier célula del cuerpo, excepto los espermatozoides y los óvulos, están presentes en cantidades significativas en el cerebro de personas sanas. Este hallazgo sienta las bases para explorar la funciónde estas mutaciones posteriores a la concepción en el desarrollo humano y la enfermedad.
"Muchas personas se han estado preguntando últimamente si las mutaciones somáticas contribuyen a una variedad de enfermedades neurodegenerativas y del desarrollo neurológico, pero no pudieron responder la pregunta debido a las limitaciones de la tecnología", dijo el coautor principal del estudio, Peter Park, profesor asociado de informática biomédica en HMS.
El equipo de investigación pudo avanzar en el problema combinando la secuenciación del genoma unicelular con rigurosas técnicas de análisis de datos.
Los investigadores ya han descubierto que las mutaciones somáticas parecen ocurrir con más frecuencia en los genes que más utiliza una neurona. También han podido rastrear linajes de células cerebrales basados en patrones de mutación.
"Estas mutaciones son una memoria duradera de la procedencia de una célula y lo que ha estado haciendo", dijo el coautor principal del estudio, Christopher A. Walsh, profesor de pediatría y neurología del HMS Bullard y jefe de la División deGenética y Genómica en Boston Children's. "Este trabajo es una prueba de principio de que si quisiéramos, y si tuviéramos recursos ilimitados, podríamos decodificar todo el patrón de desarrollo del cerebro humano".
"Creo que este método también nos dirá mucho sobre el envejecimiento saludable y no saludable, así como sobre qué hace que nuestro cerebro sea diferente al de otros animales", agregó Walsh.
Tomando un historial
Las mutaciones de línea germinal, o heredadas, han asumido la mayor parte de la culpa de causar enfermedades y trastornos del cerebro, incluidos el Alzheimer, el autismo y la esquizofrenia. El papel de las mutaciones no heredadas en las células somáticas ha sido más oscuro. Hasta hace poco, los científicos no lo sabían.Ni siquiera sé si existieron en el cerebro en cantidades lo suficientemente grandes como para importar.
"La tecnología de celda única fue esencial para encontrarlos", dijo Walsh.
Walsh, Park y su equipo estudiaron un tipo particular de mutación somática llamada variantes de un solo nucleótido. Cada variante puede ocurrir en solo unas pocas células, o incluso en una, por lo que pueden ser difíciles de detectar con análisis de secuenciación del genoma completo que promedian cientosde miles de células. La secuenciación de células individuales saca a la luz las mutaciones raras.
La desventaja es que cuesta tanto secuenciar el genoma de una célula como secuenciar el genoma de una persona completa. Trabajando dentro de esta limitación, los investigadores pudieron secuenciar 36 neuronas muestreadas de las cortezas cerebrales de trespersonas fallecidas sin enfermedad cerebral, de 15, 17 y 42 años.
Los investigadores encontraron que cada neurona contenía aproximadamente 1,500 variantes de un solo nucleótido.
Para cada persona, los investigadores compararon las secuencias genéticas de las neuronas entre sí y con las células cardíacas del individuo. Esto les permitió comenzar a descubrir qué mutaciones compartían qué neuronas y cuáles podían encontrarse en otras partes del cuerpo. Luegorealizaron pruebas en varias partes del cerebro para ver cuántas células en cada región portaban las mismas mutaciones que las neuronas que habían secuenciado.
Agrupar neuronas en función de sus mutaciones proporcionó pistas sobre la historia celular, porque las neuronas que compartían mutaciones probablemente provenían del mismo ancestro de células madre. Si solo unas pocas células compartían una mutación, probablemente pertenecían a un linaje que se dividió más recientemente.
"Si una mutación surgiera muy temprano, estaría presente tanto dentro como fuera del cerebro. O si surgiera más tarde, estaría en ciertas partes del cerebro y no en otras", dijo Walsh.un registro de la serie de divisiones celulares que generó el cerebro ".
Según los patrones de mutación y la ubicación en el cerebro, los linajes de algunas neuronas se pueden rastrear hasta un día específico durante el desarrollo embrionario.
Úselo y piérdalo
Muchos fenómenos pueden crear mutaciones somáticas. La luz ultravioleta las provoca en las células de la piel. Los errores en la replicación del ADN provocan que las células cancerosas se dividan rápidamente.
"Lo que encontramos en el cerebro no fue ninguna de esas cosas", dijo Walsh. "Pensamos que la fuente dominante de mutación sería la replicación defectuosa del ADN y nos sorprendió descubrir que, en cambio, era una expresión defectuosa del ADN".
El análisis de datos de Park reveló que los genes con más mutaciones tendían a ser los que más se usaban en el cerebro.
"A la gente le gusta decir sobre su cerebro 'úselo o piérdalo'. Desafortunadamente, descubrimos que hay un cierto elemento de 'úselo y piérdalo'", dijo Walsh. "Cada vez que enciende un gen, haytiene al menos algún nivel de riesgo ".
Los hallazgos hacen que el equipo se pregunte si las mutaciones somáticas se acumulan con la edad y podrían contribuir a la neurodegeneración. Planean investigar cómo, cuándo y por qué surgen estas mutaciones en el cerebro; explorar si tener una variedad de mutaciones es dañino o protector; determinar silas tasas de mutación varían de persona a persona; y estudie tipos adicionales de mutaciones somáticas en el cerebro y otros tejidos.
Mientras ayuda a descubrir el papel de las mutaciones somáticas en el cerebro, Park se ha tomado con calma el conocimiento de que nuestros cerebros contienen una multitud de variaciones genéticas.
"Estoy lleno de mutaciones, pero estoy caminando, bastante sano", dijo Park. "Eso demuestra que hay muchas cosas que no entendemos".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Escuela de Medicina de Harvard . Original escrito por Stephanie Dutchen. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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