"Naturaleza y educación es un tintineo conveniente de palabras, ya que separa bajo dos cabezas distintas los innumerables elementos de los que se compone la personalidad. La naturaleza es todo lo que un hombre trae consigo al mundo; la nutrición es cada influencia desde afuera que afectadespués de su nacimiento. "- Francis Galton, primo de Charles Darwin, 1874.
¿Es la naturaleza o la crianza lo que finalmente da forma a un ser humano? ¿Las acciones y los comportamientos son el resultado de genes o medio ambiente? Numerosas filósofos y científicos han explorado las variaciones de estas preguntas a lo largo de milenios. Sin embargo, a medida que los biólogos continúan entendiendo mejor los mecanismos quesubyacente a la función cerebral, es cada vez más evidente que esta dicotomía largamente debatida puede no ser una dicotomía en absoluto.
En un estudio publicado en Neurociencia de la naturaleza el 21 de enero, los neurocientíficos y biólogos de sistemas de la Facultad de Medicina de Harvard revelan cuán inexorablemente entretejidos están la naturaleza y la crianza en el cerebro del ratón. Utilizando nuevas tecnologías desarrolladas en HMS, el equipo observó cómo una experiencia sensorial única afecta la expresión génica en elcerebro analizando más de 114,000 células individuales en la corteza visual del ratón antes y después de la exposición a la luz.
Sus hallazgos revelaron un panorama dramático y diverso de cambios en la expresión génica en todos los tipos de células, involucrando a 611 genes diferentes, muchos vinculados a la conectividad neuronal y la capacidad del cerebro de reconectarse para aprender y adaptarse.
Los resultados ofrecen información sobre cómo estallidos de actividad neuronal que duran solo milisegundos desencadenan cambios duraderos en el cerebro y abren nuevos campos de exploración para los esfuerzos por comprender cómo funciona el cerebro.
"Lo que encontramos es, en cierto sentido, sorprendente. En respuesta a la estimulación visual, prácticamente todas las células de la corteza visual están respondiendo de manera diferente", dijo el coautor principal Michael Greenberg, profesor de neurobiología de Nathan Marsh Puseyy presidente del Departamento de Neurobiología de HMS.
"Esto, en esencia, aborda la pregunta largamente hecha sobre la naturaleza y la crianza: ¿son genes o medio ambiente? Es a la vez, y así es como se unen", dijo.
uno de muchos
Los neurocientíficos han sabido que los estímulos experiencias sensoriales como el tacto o el sonido, los cambios metabólicos, las lesiones y otras experiencias ambientales pueden desencadenar la activación de programas genéticos dentro del cerebro.
Compuesto por una gran variedad de células diferentes, el cerebro depende de una compleja orquesta de funciones celulares para llevar a cabo sus tareas. Los científicos han tratado de comprender cómo las células individuales responden a varios estímulos. Sin embargo, debido a limitaciones tecnológicas, genética previaLos estudios se centraron en gran medida en poblaciones mixtas de células, ocultando matices críticos en el comportamiento celular.
Para construir una imagen más completa, Greenberg se asoció con el coautor corresponsal Bernardo Sabatini, el profesor de neurobiología Alice y Rodman W. Moorhead III en HMS, y Allon Klein, profesor asistente de biología de sistemas en HMS.
Encabezado por los coautores Sinisa Hrvatin, un becario postdoctoral en el laboratorio de Greenberg, Daniel Hochbaum, un becario postdoctoral en el laboratorio de Sabatini y M. Aurel Nagy, un estudiante de doctorado en el laboratorio de Greenberg, los investigadores primero alojaron ratonesen completa oscuridad para calmar la corteza visual, el área del cerebro que controla la visión.
Luego expusieron a los ratones a la luz y estudiaron cómo afectaba los genes dentro del cerebro. Utilizando la tecnología desarrollada por el laboratorio de Klein conocido como inDrops, rastrearon qué genes se activaron o desactivaron en decenas de miles de células individuales antes y después de la luzexposición.
El equipo encontró cambios significativos en la expresión génica después de la exposición a la luz en todos los tipos de células en la corteza visual, tanto neuronas como, inesperadamente, células no neuronales como astrocitos, macrófagos y células musculares que recubren los vasos sanguíneos en el cerebro.
Aproximadamente del 50 al 70 por ciento de las neuronas excitadoras, por ejemplo, exhibieron cambios independientemente de su ubicación o función. Notablemente, los autores dijeron, una gran proporción de células no neuronales, casi la mitad de todos los astrocitos, por ejemplocambios exhibidos
El equipo identificó miles de genes con patrones de expresión alterados después de la exposición a la luz y 611 genes que tuvieron aumentos o disminuciones de al menos dos veces.
Muchos de estos genes se han relacionado previamente con la remodelación estructural en el cerebro, lo que sugiere que prácticamente toda la corteza visual, incluidos los tipos de células musculares y vasculares, pueden sufrir un cableado genéticamente controlado en respuesta a una experiencia sensorial.
Ha habido cierta controversia entre los neurocientíficos sobre si la expresión génica podría controlar funcionalmente la plasticidad o la conectividad entre las neuronas.
"Creo que nuestro estudio sugiere fuertemente que este es el caso, y que cada célula tiene un programa genético único que se adapta a la función de una célula dada dentro de un circuito neural", dijo Greenberg.
Pregunta mina de oro
Estos hallazgos abren una amplia gama de vías para estudios adicionales, dijeron los autores. Por ejemplo, cómo los programas genéticos afectan la función de tipos celulares específicos, cómo varían temprano o más tarde en la vida y cómo la disfunción en estos programas podría contribuir a la enfermedad, todo lo cual podría ayudar a los científicos a aprender más sobre el funcionamiento fundamental del cerebro.
"La experiencia y los estímulos ambientales parecen afectar casi constantemente la expresión génica y la función en todo el cerebro. Esto puede ayudarnos a comprender cómo los procesos como el aprendizaje y la formación de la memoria, que requieren cambios a largo plazo en el cerebro, surgen de las explosiones cortasde actividad eléctrica a través de la cual las neuronas se señalan entre sí ", dijo Greenberg.
Un área de investigación especialmente interesante, según Greenberg, incluye los elementos reguladores que controlan la expresión de genes en respuesta a la experiencia sensorial. En un artículo publicado a principios de este año en Molecular Cell, él y su equipo exploraron la actividad del FOS/ JUN complejo de proteínas, que se expresa en muchos tipos de células diferentes en el cerebro, pero parece regular programas únicos en cada tipo de célula diferente.
Identificar los elementos reguladores que controlan la expresión génica es fundamental porque pueden explicar las diferencias en la función cerebral de un ser humano a otro, y también pueden ser la base de trastornos como el autismo, la esquizofrenia y la enfermedad bipolar, dijeron los investigadores.
"Estamos sentados en una mina de oro de preguntas que pueden ayudarnos a comprender mejor cómo funciona el cerebro", dijo Greenberg. "Y hay todo un campo de exploración esperando ser explotado".
Los autores adicionales del estudio incluyen a Marcelo Cicconet, Keiramarie Robertson, Lucas Cheadle, Rapolas Zilionis, Alex Ratner y Rebeca Borges-Monroy.
Este trabajo fue apoyado por los Institutos Nacionales de Salud R01NS028829, R01NS046579, T32GM007753, R33CA212697, 5T32AG000222-23, F. Hoffmann-La Roche Ltd., el Fondo William F. Milton, un Premio de Carrera del Fondo Burroughs Wellcome y unBeca Edward J. Mallinckrodt.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Escuela de Medicina de Harvard . Original escrito por Kevin Jiang. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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