Los científicos de la Universidad de California en Los Ángeles (UCLA), en Estados Unidos, han identificado señales metabólicas y físicas que influyen en qué tipos de células produce la glía radial en la corteza humana en desarrollo. Los hallazgos sugieren que no solo influye el programa genético, sino también la acción de los nutrientes disponibles y el contacto físico con otras regiones del cerebro.

Durante la formación del cerebro humano antes del nacimiento, millones de células toman decisiones que terminarán determinando la arquitectura de la corteza cerebral. La investigación estadounidense, publicada en dos estudios que aparecen en la revista Science y la revista Cell, ha permitido observar con mayor precisión cómo se producen esas decisiones. La clave está en las células de glía radial, un tipo de célula madre que genera gran parte de las neuronas y células de soporte de la corteza.

De acuerdo a una nota de prensa, estas células no actúan únicamente siguiendo instrucciones internas codificadas en sus genes. También responden activamente a lo que sucede a su alrededor: al modo en que procesan los nutrientes y a las señales físicas que reciben de otras regiones del cerebro en desarrollo.

El equipo de UCLA elaboró un atlas metabólico de la corteza humana en desarrollo utilizando tejido humano donado y organoides cerebrales obtenidos a partir de células madre. Los investigadores descubrieron que estas células dependen especialmente de la vía de las pentosas fosfato, un proceso metabólico que utiliza glucosa y genera componentes necesarios para las células que se dividen rápidamente. Lo más llamativo fue comprobar que esta actividad no constituye simplemente el combustible que permite a las células crecer: también puede influir en qué tipo de célula terminarán produciendo.

Cuando los científicos redujeron la disponibilidad de glucosa o alteraron esa vía metabólica, la glía radial modificó su comportamiento y aumentó la producción de neuronas inhibitorias y de otros tipos celulares que aparecen en fases más tardías del desarrollo.

El resultado cuestiona la idea de que el metabolismo sea una actividad secundaria respecto al programa genético. En este caso, parece formar parte de las propias instrucciones que determinan el destino de las células madre. Los autores señalan que este hallazgo podría contribuir a estudiar cómo factores como la nutrición materna, determinadas alteraciones metabólicas u otras condiciones ambientales influyen en el desarrollo cerebral.

Además, analizaron cómo las conexiones procedentes de otras zonas del cerebro pueden modificar las decisiones de la glía radial. Los investigadores se centraron en el tálamo, una estructura profunda del cerebro que actúa como centro de transmisión de información hacia la corteza.

Hasta ahora se sabía que las prolongaciones de las neuronas talámicas llegan a la corteza durante etapas tempranas, antes incluso de que se formen algunas de las conexiones definitivas. Lo que no estaba claro era qué función cumplían durante ese período.

Para estudiarlo, los científicos crearon modelos formados al fusionar organoides cerebrales que representan distintas regiones. En este caso, combinaron un organoide cortical y otro talámico para reproducir en el laboratorio parte de la comunicación entre ambas estructuras.

Los organoides derivados de células madre talámicas (verdes) y corticales (rojas) se fusionan para estudiar cómo las neuronas del tálamo influyen en las células progenitoras corticales inmaduras, llamadas glía radial (blanca), durante el desarrollo del cerebro. / Crédito: Claudia Nguyen, Laboratorio Aparna Bhaduri.

El experimento mostró que las prolongaciones procedentes del tálamo establecen contacto físico directo con las células de glía radial. Esa interacción favorece la generación de neuronas excitadoras y, en particular, de neuronas de las capas superiores de la corteza, un tipo celular especialmente desarrollado en el cerebro humano.

Los investigadores identificaron además un papel relevante de NRXN1, un gen relacionado con la formación de conexiones neuronales. Al utilizar células procedentes de pacientes portadores de una mutación en este gen, observaron que las señales procedentes del tálamo perdían parte de su capacidad para establecer esos contactos y se alteraba el equilibrio entre células madre y neuronas producidas. Las mutaciones de NRXN1 ya se habían relacionado anteriormente con trastornos del neurodesarrollo, incluido el autismo.

En conjunto, los descubrimientos apuntan hacia una misma conclusión: las células madre que construyen la corteza no toman sus decisiones de forma aislada. Su destino depende tanto de los recursos metabólicos disponibles como de las señales físicas que reciben del tejido que las rodea.

El hallazgo ayuda a explicar cómo el cerebro humano consigue generar una diversidad extraordinaria de células durante su desarrollo y por qué algunos mecanismos que funcionan durante la formación de la corteza podrían estar relacionados con enfermedades neurológicas o incluso con ciertos tumores cerebrales.

Fuente: Levante - EMV