Los científicos del Instituto Zuckerman de Columbia han descubierto nuevas ideas sobre cómo las células madre se transforman en células cerebrales que controlan los movimientos de las piernas. Los sorprendentes detalles de este proceso, observado en los cerebros de las moscas de la fruta, podrían arrojar luz sobre cómo se desarrolla el cerebro humano:y qué sucede cuando surgen problemas. Las células madre son una gran promesa para la medicina; su capacidad de metamorfosearse en otro tipo de células las hace útiles para reparar lesiones, desde ataques cardíacos hasta daños cerebrales. Al proporcionar información clave sobre cómo se desarrollan y maduran las células madre, esta investigación debería ayudar a los científicos en su búsqueda de usar células madre para sanar.
Los resultados de este estudio se publicaron hoy en neurona .
"Para que un animal se desarrolle desde el huevo hasta el bebé, todo debe terminar en el lugar correcto en el momento correcto. Pero cómo un solo sistema exhibe tanto la precisión como la flexibilidad necesarias para lograr esto, particularmente frente al desarrollo ylos desafíos medioambientales no quedaron claros ", dijo Richard Mann, PhD, investigador principal del Instituto Mortimer B. Zuckerman Mind Brain Behavior de Columbia y autor principal del artículo." Aquí, identificamos una solución ingeniosa, en la que dos tipos de cerebro críticos e interactivoslas células, nacidas de la misma célula madre, facilitan la construcción de un sistema motor maduro ".
Para comprender el desarrollo del cerebro humano, los investigadores buscaron un animal mucho más simple, la mosca de la fruta, en el que pudieran controlar y observar las células más fácilmente. Comenzaron con las células madre, las células indiferenciadas que luego se convierten en prácticamente cualquiertipo de célula en el cuerpo. Los investigadores rastrearon las células madre a medida que maduraban en neuronas motoras, que son el tipo de células nerviosas que controlan el movimiento muscular. En particular, se centraron en las aproximadamente 50 neuronas motoras que controlan el movimiento de cada una de las frutaslas seis patas de la mosca.
Mientras estudiaban las células madre a medida que se convertían en neuronas motoras en las larvas de la mosca de la fruta, notaron que, en medio de este proceso, algunas de estas células madre se desviaron. En lugar de convertirse en neuronas motoras como las otras, algunas de susla progenie, o descendencia, se convirtió en células gliales. Las células gliales son componentes críticos del sistema nervioso, actuando para guiar su crecimiento y conectividad con otras neuronas. Además, estas células gliales fueron las que construyeron específicamente el andamiaje para las neuronas motoras que erannacen de las mismas células madre y finalmente controlan el movimiento de las piernas.
"Este proceso se asemeja a una reunión separada al nacer", dijo el Dr. Mann, quien también es profesor de Higgins de Bioquímica y Biofísica Molecular en el Centro Médico Irving de la Universidad de Columbia. "Hay muchos ejemplos en biología del desarrollo donde las células de diferentes orígenesse unirán y formarán una estructura coherente. Pero aquí, tenemos células nacidas del mismo progenitor que cada una diverge en su propio camino, solo para reunirse durante el desarrollo ".
Aún más interesante, una vez que las neuronas motoras y la glía divergentes en etapa inicial divergieron, tienen propiedades dramáticamente diferentes. El desarrollo de cada neurona motora fue programado; cada célula siempre nació en el mismo orden y alcanzó la misma forma.
El desarrollo glial, por otro lado, era más plástico. El número de células gliales producidas por cada célula madre podría variar. Además, la glía no tenía órdenes o formas de nacimiento rígidas. Y, de alguna manera, el número total final de glía siemprellegaron al mismo número, 280, y siempre se infiltraron por completo en el conjunto de neuronas motoras que necesitaban para soportar.
"Es maravilloso ver este tipo de baile coordinado de estos dos tipos de células siendo orquestado en el transcurso del desarrollo", dijo el Dr. Mann.
Si bien el desarrollo cableado de la neurona motora permite el control preciso que requiere la coordinación muscular, el desarrollo flexible de la glía hace que el sistema sea más robusto. Si se produce una mutación o una lesión durante el desarrollo larvario, la glía puede adaptarse y aún soportar las neuronas motoras.
Los investigadores pudieron rastrear el desarrollo de estos dos tipos de células con una claridad sin precedentes al avanzar técnicas de imagen muy potentes que están disponibles en la mosca de la fruta.
Jon Enriquez, PhD, primer autor del artículo, que ahora dirige su propio laboratorio en IGFL, Francia, es "muy creativo al usar y ajustar las tecnologías existentes para responder preguntas importantes", dice el Dr. Mann. "Al aprovechar el linajeLos métodos de rastreo que están disponibles sobre la marcha, pudo adaptarlos para etiquetar la glía y las neuronas motoras que nacen de la misma célula madre en dos colores diferentes ". Carol Mason, PhD, otra investigadora principal del Instituto Zuckerman, contribuyó con su experiencia enmicroscopía electrónica, una tecnología poderosa que permite observar células individuales en alta resolución.
En el futuro, el Dr. Mann espera explorar cómo se coordinan las glía entre sí sin el beneficio del cableado como las neuronas motoras; tal vez se comuniquen entre sí o con las neuronas motoras. Quiere saber si los pares de cables rígidos yEl desarrollo plástico existe en vertebrados como los humanos, y él plantea la hipótesis de que la glía podría repoblarse si se daña debido a una enfermedad o lesión.
Comprender el desarrollo coordinado de las neuronas motoras y la glía puede informar formas de impulsar las células madre para que generen más glía después de que alguien sufre una lesión con daño nervioso. Pero la ciencia básica es lo primero.
"Si desea tratar de aprovechar el potencial de las células madre para tratar enfermedades o recuperarse de una lesión", dijo el Dr. Mann, "es importante saber cuál es el comportamiento de estas células madre en un animal durante el desarrollo normal"
En términos más generales, comprender cómo crece el sistema nervioso podría arrojar luz sobre cómo funciona en adultos, la forma en que visitar una fábrica de automóviles podría brindarle una mejor comprensión de los automóviles que simplemente mirar debajo del capó.
"Lo resumo de esta manera: el desarrollo informa la función", agregó el Dr. Mann. "Construir el sistema es parte del trato".
Este documento se titula: "Diferentes estrategias a pesar de los linajes compartidos de neuronas motoras y glía para lograr el desarrollo robusto de un neuropilo adulto en Drosophila . "Los contribuyentes adicionales incluyen Laura Quintana Rio, Richard Blazeski, Stephanie Bellemin y Pierre Godement.
Esta investigación fue apoyada por la Asociación ALS # 256, la Fundación para la Medicina Reproductiva AJE20170537445 y los Institutos Nacionales de Salud NS070644.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por El Instituto Zuckerman de la Universidad de Columbia . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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