Los investigadores de UW Medicine han desarrollado una técnica para insertar un gen en tipos de células específicas en el cerebro adulto en un modelo animal.
El trabajo reciente muestra que el enfoque puede usarse para alterar la función de los circuitos cerebrales y cambiar el comportamiento. El estudio aparece en la revista neurona en la sección Recursos Neuro.
Gregory Horwitz, profesor asociado de fisiología y biofísica de la Facultad de Medicina de la Universidad de Washington en Seattle, dirigió el equipo de investigación. Dijo que el enfoque permitirá a los científicos comprender mejor qué papeles juegan los tipos de células seleccionadas en los complejos circuitos del cerebro.
Los investigadores esperan que el enfoque algún día conduzca al desarrollo de tratamientos para afecciones, como la epilepsia, que podrían curarse activando un pequeño grupo de células
"El cerebro está formado por una mezcla de muchos tipos de células que realizan diferentes funciones. Uno de los grandes desafíos para la neurociencia es encontrar formas de estudiar la función de tipos de células específicas de manera selectiva sin afectar la función de otros tipos de células cercanas", dijo Horwitz"Nuestro estudio muestra que es posible seleccionar selectivamente un tipo de célula específico en un cerebro adulto usando esta técnica y afectar el comportamiento casi instantáneamente".
En su estudio, Horowitz y sus colegas del Centro Nacional de Investigación de Primates de Washington en Seattle insertaron un gen en las células del cerebelo, una pequeña estructura ubicada en la parte posterior del cerebro y metida debajo del cerebro más grande del cerebro.
La función principal del cerebelo es controlar los movimientos motores. Los trastornos del cerebelo generalmente conducen a una pérdida de coordinación a menudo incapacitante. Investigaciones recientes sugieren que el cerebelo también puede ser importante en el aprendizaje y puede estar involucrado en condiciones tales como el autismo y la esquizofrenia.
Las células que los científicos seleccionaron para estudiar se llaman células de Purkinje. Estas células, nombradas en honor a su descubridor, el anatomista checo Jan Evangelista Purkinje, son algunas de las más grandes del cerebro humano. Por lo general, se conectan con cientos de otras células cerebrales.
"La célula de Purkinje es una célula misteriosa", dijo Horwitz. "Es una de las neuronas más grandes y elaboradas y procesa señales de cientos de miles de otras células cerebrales. Sabemos que juega un papel crítico en el movimiento y la coordinación".Simplemente no sabemos cómo "
El gen que insertaron, llamado canalrodopsina-2, codifica una proteína sensible a la luz que se inserta en la membrana de las células cerebrales. Cuando se expone a la luz, permite que los iones, pequeñas partículas cargadas, pasen a través de la membrana.activa la célula cerebral para disparar
La técnica, llamada optogenética, se usa comúnmente para estudiar la función cerebral en ratones. Pero en estos estudios, el gen debe introducirse en la célula embrionaria del ratón.
"Este enfoque 'transgénico' ha demostrado ser invaluable en el estudio del cerebro", dijo Horwitz. "Pero si algún día lo vamos a usar para tratar enfermedades, necesitamos encontrar una forma de introducir el gen más adelante en la vida,cuando aparecen la mayoría de los trastornos neurológicos "
El desafío para su equipo de investigación fue cómo introducir la canalrodopsina-2 en un tipo de célula específico en un animal adulto. Para lograr esto, utilizaron un virus modificado que portaba el gen de la canaldodopsina-2 junto con un segmento de ADN llamado promotorEl promotor estimula a la célula para que comience a expresar el gen y produzca la proteína de membrana de la canalodopsina-2. Para asegurarse de que el gen fuera expresado solo por las células de Purkinje, los investigadores utilizaron un promotor que es muy activo en las células de Purkinje, llamado L7 / Pcp2."
En su artículo, los investigadores informaron que al inyectar sin dolor el virus modificado en una pequeña área del cerebelo de los monos macacos rhesus, la canaldodopsina-2 fue absorbida exclusivamente por las células de Purkinje seleccionadas. Luego, los investigadores mostraron que cuando se exponíanlas células tratadas se iluminaron a través de una fina fibra óptica, pudieron estimular las células para que disparen a diferentes velocidades y afectar el control motor de los animales.
Horwitz dijo que fue el hecho de que las células de Purkinje expresen el promotor L7 / Pcp2 a una tasa más alta que otras células lo que las hizo más propensas a producir la proteína de membrana de la canaldopsina-2.
"Este experimento demuestra que puedes diseñar un vector viral con esta secuencia promotora específica y apuntar a un tipo celular específico", dijo. "El promotor es la magia. Luego, queremos usar otros promotores para apuntar a otros tipos celulares involucradosen otros tipos de comportamientos "
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Materiales proporcionados por Universidad de Ciencias de la Salud de Washington / Medicina de la Universidad de Washington . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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