En un estudio publicado en línea hoy en Naturaleza , investigadores del Colegio de Medicina Albert Einstein describen el primer diagrama de cableado completo del sistema nervioso de un animal, el gusano redondo Caenorhabditis elegans, utilizado por científicos de todo el mundo como organismo modelo. El estudio incluye adultos de ambos sexos y revela diferencias sustanciales entreellos.
Los hallazgos marcan un hito importante en el campo de la "conectómica", el esfuerzo por mapear la miríada de conexiones neuronales en un cerebro, región cerebral o sistema nervioso para encontrar las conexiones nerviosas específicas responsables de comportamientos particulares.
"La estructura es siempre central en biología", dijo el líder del estudio Scott Emmons, Ph.D., profesor de genética y en el Departamento de Neurociencia Dominick P. Purpura y la Cátedra Siegfried Ullmann de Genética Molecular en Einstein. "La estructura deEl ADN reveló cómo funcionan los genes y la estructura de las proteínas reveló cómo funcionan las enzimas. Ahora, la estructura del sistema nervioso está revelando cómo se comportan los animales y cómo las conexiones neuronales salen mal para causar enfermedades ".
Los investigadores han planteado la hipótesis de que algunos trastornos neurológicos y psiquiátricos, como la esquizofrenia y el autismo, son "conectopatías", es decir, problemas causados por un "cableado defectuoso". Esta hipótesis se ve reforzada por el hallazgo de que varios trastornos mentales están asociados con mutacionesen los genes que se cree que determinan la conectividad ", dijo el Dr. Emmons." La conectomía tiene el potencial de ayudarnos a comprender la base de algunas enfermedades mentales, posiblemente sugiriendo vías para la terapia ".
Un organismo modelo
Debido a que C. elegans es muy pequeño, los adultos tienen solo un milímetro de largo y solo tienen alrededor de 1,000 células, su simple sistema nervioso de unos pocos cientos de neuronas 302 en el sexo hermafrodita / femenino, 385 en el hombre lo haceuno de los mejores modelos animales para comprender el cerebro humano billones de veces más complejo. También fue el primer organismo multicelular en secuenciar su genoma completo.
El estudio del Dr. Emmons se basa en el trabajo innovador del fallecido biólogo británico Sydney Brenner, quien en 2002 compartió el Premio Nobel de Fisiología o Medicina por su investigación en C. elegans. Laboratorio del Dr. Brenner, en un esfuerzo dirigido por un miembro del laboratorioJohn White, publicó el primer mapa del sistema nervioso C. elegans en 1986, después de analizar minuciosamente las estructuras neuronales visibles en miles de micrografías electrónicas en serie del gusano redondo. Cada imagen consistía en una "sección" transversal mil veces más delgada que unacabello humano. Él y sus colegas "conectaron los puntos" manualmente entre cada corte, uniendo las estructuras de una imagen a otra para crear representaciones detalladas de los nervios y las aproximadamente 5.000 conexiones sinapsis entre ellas.
El esfuerzo del tour de force de los Drs. Brenner y White, 20 años en desarrollo, lanzó el campo de la conectómica y estableció la lombriz intestinal como un modelo animal esencial para el estudio de la biología y la enfermedad humana. Pero su mapa, informalmente llamado "La mente de un gusano ", omitió grandes porciones del cuerpo del gusano e incluyó solo uno de los sexos, el hermafrodita o hembra, no el macho.
Tomando el bastón
Para el nuevo estudio, el equipo del Dr. Emmons analizó nuevas micrografías electrónicas de gusanos redondos, así como las antiguas del Dr. Brenner y las unió utilizando un software especialmente desarrollado para crear diagramas de cableado completos de animales adultos enteros de ambos sexos de C. elegans.Los diagramas incluyen todas las conexiones entre las neuronas individuales, las conexiones de las neuronas a los músculos del gusano y otros tejidos, como el intestino y la piel, y las sinapsis entre las células musculares, con estimaciones de la fuerza de esas sinapsis.
"Si bien las vías sinápticas en los dos sexos son sustancialmente similares, varias de las sinapsis difieren en fuerza, lo que proporciona una base para comprender los comportamientos específicos del sexo", dijo el Dr. Emmons. Las diferencias sexuales principales se refieren a las funciones reproductivas: enmúsculos vulvares y uterinos y las neuronas motoras que los controlan en el hermafrodita, y en la gran cantidad de neuronas adicionales, músculos sexuales y conexiones en la cola que generan los circuitos para la copulación en el hombre. Pero más allá de esto, un número sorprendente deLas sinapsis entre las neuronas en las vías centrales compartidas por ambos sexos también parecen diferir considerablemente en fuerza.
"Estas redes conectadas sirven como puntos de partida para descifrar el control neural del comportamiento de C. elegans", dijo el Dr. Emmons. "Dado que el sistema nervioso de gusanos redondos contiene muchas de las mismas moléculas que el sistema nervioso humano, lo que aprendemos sobre elel primero puede ayudarnos a entender el segundo ".
El Dr. Emmons está estudiando actualmente cómo el conectoma de gusano redondo está codificado por su genoma.
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Materiales proporcionado por Colegio de Medicina Albert Einstein . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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