As complexas e diversas actividades que realizan os cerebros dos mamíferos, incluído o humano, están controladas por circuítos neuronais altamente especializados compostos por numerosos tipos celulares con propiedades variables. Para entender como funciona este complexo órgano necesítase coñecer en detalle a organización e función desta variedade de células e os circuítos cerebrais.

Ata este ano, os intentos para explorar o cerebro limitáronse ás diferentes rexións seleccionadas, pero a Rede do Censo Celular da Iniciativa BRAIN (BICCN, polas súas siglas en inglés) publicou recentemente o primeiro borrador do mapa das células do cerebro humano e agora, na revista Nature, nove artigos que ofrecen unha pormenorizada análise do cerebro do rato coa súa diversidade celular.

Publicidade

O paquete de artigos presenta a caracterización e clasificación máis completa e detallada de tipos celulares deste órgano do roedor realizada ata a data. Os resultados permiten comprender mellor a estrutura e organización do cerebro.

O traballo proporciona unha ferramenta para continuar as investigacións sobre o desenvolvemento e a evolución do cerebro dos mamíferos, incluído o modo en que a organización dos distintos tipos celulares pode contribuír aos trastornos neurolóxicos que afectan os humanos.

Publicidade

Transcrición espacial

Nun dos artigos, os investigadores Zizhen Yao e Hongkui Zeng do Instituto Allen de Ciencias do Cerebro (EE.UU.) e os seus colegas describen como crearon o mapa cerebral de alta resolución, a partir dunha combinación de secuenciación de ARN unicelular duns catro millóns de células e datos transcriptómicos (transcritos de ARN ou copias da secuencia de ADN dun xene) espaciais duns 4,3 millóns de células.

Esta transcriptómica espacial, que permite posicionar dentro do mapa cerebral os distintos tipos celulares, é unha da novidades do traballo, un avance que foi posible grazas a novas técnicas de microscopía aplicadas sobre os cortes histolóxicos efectuados ao cerebro de rato.

O atlas dos tipos celulares preséntase en catro niveis de clasificación organizados de maneira xerárquica: 34 clases, 338 subclases, 1.201 supertipos e 5.322 grupos ou clústers.

Os resultados revelan características únicas da organización da diversidade celular nas distintas rexións cerebrais: a parte dorsal contén poucos tipos celulares pero moi diversos, mentres que a parte ventral contén tipos neuronais máis numerosos e máis estreitamente relacionados entre si.

Tamén mediante a transcriptómica espacial e unha técnica chamada Slide-seq (permite posicionar os transcritos de ARN usando códigos de barras de ADN), outro equipo liderado polos investigadores Evan Macosko e Fei Chen do Instituto Broad (do MIT e Harvard) descubriron aproximadamente o 90 % de todas as poboacións celulares do cerebro de rato, revelando a sorprendente diversidade celular en rexións cerebrais pouco estudadas, especialmente o mesencéfalo, a protuberancia, a medula e o hipotálamo.

“Sospeitabamos que a maior diversidade atoparíase nestas rexións, así que lles demos prioridade no noso perfil”, explica Macosko, “e gran parte do que realmente fai o cerebro atópase nestas zonas básicas, que recibiron moi pouca atención en comparación co córtex; os nosos resultados subliñan a necesidade de estudalas máis a fondo”.

Noutro artigo, Joseph Ecker do Instituto Salk de Estudos Biolóxicos, Bing Ren da Universidade de California en San Diego e outros autores comparan a regulación xénica nunha rexión cerebral, a cortiza motora primaria, de humanos, macacos, titíes e ratos.

Desta forma acharon características conservadas nestes catro tipos de mamíferos sobre variantes xenéticas relacionadas coa esclerose múltiple, a anorexia nerviosa e a adicción ao tabaco. Estes achados demostran o valor dos mapas cerebrais para identificar variantes xenéticas que contribúen a enfermidades e trazos neurolóxicos.

“Este traballo está a axudarnos a establecer unha comprensión de referencia de como é o cerebro a nivel celular”, apunta Ren, “isto permitirá establecer comparacións entre a nosa liña de base e cerebros con trastornos neurolóxicos e psiquiátricos. Estudar o cerebro deste xeito podería axudarnos a descubrir novos enfoques terapéuticos para estas afeccións”.

Pola súa banda, Ecker destaca a importancia de coñecer o cerebro doutros mamíferos: “O ser humano evolucionou ao longo de millóns de anos, e gran parte desa historia evolutiva compártea con outros animais. Os datos dos humanos por si sós nunca serán suficientes para dicirnos todo o que queremos saber sobre o funcionamento do cerebro. Ao encher estas lagoas con outras especies de mamíferos, podemos seguir respondendo a esas preguntas e mellorar os modelos de aprendizaxe automática que utilizamos proporcionándolles máis datos”.

Outros artigos identifican características xenéticas específicas de cada célula que inflúen en funcións celulares especializadas, ou exploran como os tipos celulares de distintas partes do cerebro forman conexións ou foron evolucionando en diferentes especies.

Tipos celulares da retina

Un dos estudos, por exemplo, céntrase nos tipos celulares asociados á retina do ollo, e os resultados revelan unha orixe común nos vertebrados, a pesar de que varíen moito entre os diferentes grupos. Os peixes necesitan ver baixo a auga, os ratos e os gatos requiren unha boa visión nocturna, e os monos e os humanos desenvolveron unha vista diúrna moi aguda para cazar e buscar comida. Algúns animais ven cores vivas, mentres que outros se conforman con ver o mundo en branco e negro.

Con todo, numerosos variedade de células son comúns a toda unha serie de especies de vertebrados, o que suxire que os programas de expresión xénica que definen estes tipos se remontan probablemente ao devanceiro común dos vertebrados con mandíbula, conclúen estes autores, liderados por Karthik Shekhar desde a Universidade de California en Berkeley (EE UU). Ademais, o novo mapa detallado dos tipos celulares de retinas de vertebrados tamén podería axudar a investigar enfermidades oculares humanas, como o glaucoma.

“Os atlas de tipos de células son fundamentais non só para comprender a arquitectura do cerebro a escala celular, senón tamén para facer inferencias precisas sobre a evolución cerebral”, valora a investigadora Maria Antonietta Tosches da Universidade de Columbia (EE.UU.) nun artigo paralelo escrito xunto a Heather Le da Universidade de Newcastle (Australia), quen conclúe: “Os traballos presentados neste número sentaron bases firmes para moitos descubrimentos importantes en neurobioloxía e trastornos neurolóxicos”.