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Interruptores genéticos detrás de la evolución del cerebro humano
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"Interruptores" genéticos detrás de la evolución del cerebro humano

El proceso que convierte las células madre neurales en células cerebrales también establece etapas, en algunos, para los trastornos.

Los investigadores de la UCLA cartografiaron los interruptores genéticos de encendido / apagado que impulsan la neurogénesis en el cerebro y dan forma a la expansión de la corteza humana. La imagen muestra esquemas de cortes del mouse, macaco y cerebro humano a escala. El interior de las rebanadas está representado por un cerebro de ratón. Las hebras de cromatina, donde residen los interruptores de encendido / apagado, se entrelazan a través de los cerebros.
Crédito: Luis de la Torre-Ubieta / UCLA Health.

Los investigadores de UCLA han desarrollado el primer mapa de regulación de genes en la neurogénesis humana, el proceso por el cual las células madre neuronales se convierten en células cerebrales y la corteza cerebral se expande en tamaño. Los científicos identificaron los factores que rigen el crecimiento de nuestros cerebros y, en algunos casos, preparan el escenario para varios trastornos cerebrales que aparecen más adelante en la vida.

El cerebro humano difiere del de ratones y monos debido a su gran corteza cerebral. La parte más desarrollada del órgano, la corteza cerebral, es responsable del pensamiento, la percepción y la comunicación sofisticada. Los científicos recién están empezando a comprender los mecanismos moleculares y celulares que impulsan el crecimiento del cerebro humano y el papel principal que desempeñan en la cognición humana.

El desarrollo del cerebro se guía por la expresión de genes en ciertas regiones cerebrales o tipos de células, así como durante marcos de tiempo específicos. La expresión génica, el proceso mediante el cual las instrucciones de nuestro ADN se convierten en un producto funcional, como una proteína, está regulado en muchos niveles por segmentos de ADN que actúan como interruptores de encendido y apagado en momentos clave. Pero hasta ahora, no había un mapa que describiera la actividad y la ubicación de estos interruptores en un cromosoma durante la neurogénesis.

Usando una técnica de biología molecular llamada ATAC-seq, los investigadores de UCLA mapearon las regiones del genoma que están activas durante la neurogénesis. Combinaron esos datos con datos de expresión genética de esas regiones del cerebro. Los investigadores también utilizaron datos previamente publicados sobre los patrones de plegamiento de los cromosomas. Los patrones de plegamiento cromosómico afectan cómo se codifica la información genética. Los datos combinados los ayudaron a identificar elementos reguladores para los genes clave en la neurogénesis. Un gen, llamado EOMES / Tbr2, cuando está apagado, se asocia con malformaciones cerebrales graves.

Los investigadores confirmaron las funciones de los genes dirigidos mediante el uso de la tecnología CRISPR, una técnica mediante la cual se pueden eliminar fragmentos de ADN en las células, para editar un subconjunto de interruptores reguladores y luego evaluar su efecto sobre la expresión génica y la neurogénesis.

Los investigadores descubrieron que algunos trastornos psiquiátricos que se desarrollan más adelante en la vida, como la esquizofrenia, la depresión, el TDAH y el neuroticismo, tienen su origen en las primeras etapas del crecimiento cerebral en el feto. Incluso las capacidades intelectuales futuras de una persona se ponen en movimiento durante la neurogénesis, dijeron los investigadores.

Los investigadores también descubrieron un mecanismo importante que explica que la corteza cerebral humana sea más grande que en los primates no humanos. Identificaron una secuencia del genoma que altera la expresión de un receptor del factor de crecimiento fibroblástico que regula procesos biológicos importantes, incluida la multiplicación y división celular, y que asigna tareas específicas a las células. La secuencia del genoma es más activa en humanos que en ratones y primates no humanos, lo que ayuda a explicar por qué los cerebros humanos son más grandes.

El primer autor del estudio es Luis de la Torre-Ubieta de UCLA y el autor principal es el Dr. Daniel Geschwind de UCLA. Los otros autores son Jason Stein, Hyejung Won, Carli Opland y Daning Lu, todos de UCLA; y Dan Liang de la Universidad de Carolina del Norte, Chapel Hill.


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