06 Feb Investigadores israelíes identifican un gen que causa un esquivo trastorno del neuro desarrollo
INVESTIGADORES “HAN ELIMINADO” Y ESTUDIADO UNOS 20.000 GENES
Utilizando CRISPR, un equipo de la Universidad Hebrea de Jerusalén descubre que la enzima PEDS1 está vinculada a la reducción del tamaño cerebral; un estudio mapea 331 genes esenciales para el desarrollo cerebral y neuronal.
Por Diana Bletter
Imagen ilustrativa de una exploración cerebral (utah778; iStock by Getty Images)
Un equipo de investigación dirigido por científicos de la Universidad Hebrea de Jerusalén y el INSERM de Francia afirma haber identificado por primera vez un gen responsable de un grave trastorno del neuro desarrollo infantil, según hallazgos publicados recientemente en la revista Nature Neuroscience (Neurociencia de la naturaleza).
Mediante CRISPR, una herramienta de edición genética, los investigadores desactivaron aproximadamente 20.000 genes, uno por uno, para estudiar su papel en el desarrollo cerebral y descubrieron mutaciones raras en un gen llamado PEDS1 que causa un profundo retraso en el desarrollo y una reducción del tamaño cerebral.
El estudio, dirigido por el profesor Sagiv Shifman, del Instituto de Ciencias de la Vida Alexander Silberman de la Universidad Hebrea, en colaboración con el profesor Binnaz Yalcin del INSERM de Francia e investigadores japoneses, utilizó un modelo de ratones para confirmar sus hallazgos.
Este avance contribuirá a mejorar el asesoramiento genético y abrirá nuevas vías para la investigación médica futura.
El laboratorio de Shifman investiga las causas genéticas de los trastornos del neuro desarrollo y estudia cómo los genes influyen en el desarrollo cerebral.
“Trabajamos con el autismo y los trastornos del neuro desarrollo, por eso nos importa”, dijo Shifman.
“De hecho, generamos mutaciones en casi todos los genes del genoma, uno por uno, lo cual es increíble”, añadió. “Si me hubieran dicho hace 10 años que haría algo así, habría dicho: «Es fantástico».
Las neuronas cultivadas a partir de células madre en el laboratorio forman una red interconectada. En este estudio, investigadores de la Universidad Hebrea de Jerusalén utilizaron CRISPR para desactivar genes en células madre y luego observaron el éxito con el que las células se convirtieron en neuronas. Barra de escala, 100 µm. (Cortesía de Galya Monderer Rothkoff)
¿Cómo se forman las células cerebrales?
Los científicos se propusieron descubrir qué genes son necesarios para que las células madre de un embrión se conviertan en neuronas, las células nerviosas del cerebro.
Shifman explicó que, en las primeras etapas del desarrollo, las células madre embrionarias tienen la capacidad de transformarse en diferentes tipos de células. Sin embargo, la transición de célula a neurona es una compleja dinámica que implica la división celular, el tipo de célula cerebral en el que se convierten y su maduración.
Cuando este proceso se interrumpe, puede provocar trastornos del desarrollo neurológico que afectan el aprendizaje, el comportamiento, el habla y la función motora.
Prof. Sagiv Shifman, del Instituto de Ciencias de la Vida de la Universidad Hebrea de Jerusalén. (Cortesía de Shifman)
Si bien muchos trastornos del neuro desarrollo tienen una base genética, identificar el gen específico involucrado sigue siendo difícil.
Los científicos utilizaron CRISPR, la técnica de edición genética desarrollada a principios de la década de 2010, que actúa como unas tijeras moleculares que cortan el ADN en puntos específicos.
Posteriormente, los investigadores lograron desactivar aproximadamente 20.000 genes para estudiar su papel en el desarrollo cerebral. Realizaron el análisis en células madre embrionarias y posteriormente, mientras las células se transformaban en neuronas. Al alterar los genes uno por uno, el equipo pudo determinar cuáles eran necesarios para que esta transición se desarrollara con normalidad.
«Uno de los aspectos básicos e importantes durante el desarrollo cerebral es generar esas células neuronales», explicó Shifman.
Luego, el equipo trazó un mapa de los pasos clave en lo que se conoce como diferenciación neuronal, el proceso en el desarrollo temprano en el que las células madre se transforman gradualmente en neuronas y células cerebrales especializadas.
El equipo trazó un mapa de los 331 genes necesarios para que las células madre se conviertan en neuronas, creando una hoja de ruta genética detallada del desarrollo cerebral temprano.
Científicos analizan la hélice de ADN y editan genomas dentro de organismos utilizando la tecnología CRISPR (elenabs vía iStock by Getty Images)
“Identificamos estos genes esenciales para la generación de neuronas y el desarrollo cerebral”, afirmó Shifman.
Todo este trabajo se realizó en placas de laboratorio, lo que permitió a los científicos observar el proceso paso a paso. Crearon un mapa de los genes esenciales para el desarrollo cerebral.
“Ahora contamos con un atlas de todos los genes y su importancia para el proceso de generación de neuronas”, explicó.
La estudiante de doctorado Alana Amelan, primera autora del artículo de investigación, creó un sitio web con los resultados del análisis CRISPR, poniendo los datos a disposición de científicos de todo el mundo.
Alana Amelan, estudiante de doctorado, en el Laboratorio Shifman de la Universidad Hebrea de Jerusalén. (Cortesía/Reut Suliman Lavie)
“Científicos de todo el mundo pueden explorar la base de datos abierta”, afirmó Shifman. “Queríamos poner el recurso a disposición de los investigadores para que pudieran identificar nuevos trastornos no identificados previamente”.
Añadió que los hallazgos ayudan a explicar cómo las alteraciones en diferentes vías pueden provocar diversos síntomas.
El estudio ofrece nueva evidencia de que el retraso en el desarrollo se relaciona con mayor frecuencia con genes importantes para muchas partes del desarrollo cerebral temprano. En cambio, el autismo se relaciona con mayor frecuencia con genes especialmente importantes durante la formación de células cerebrales en neuronas.
Mutaciones de PEDS1 en Jerusalén Oriental
Además de analizar genes en células madre en el laboratorio, los investigadores también utilizaron ratones para confirmar sus hallazgos en un cerebro vivo.
Entre los hallazgos del estudio, los investigadores identificaron PEDS1 como una enzima clave con un papel crucial en el desarrollo cerebral temprano – y la vincularon con un trastorno grave en niños.
Prof. Boaz Barak, Facultad de Neurociencia Sagol, Facultad de Ciencias Psicológicas de la Universidad de Tel Aviv (Cortesía de Barak)
El PEDS1 es necesario para que el cuerpo produzca ciertas grasas necesarias para las células cerebrales. Estas moléculas grasas son esenciales para formar las membranas celulares y la capa aislante que permite que las fibras nerviosas transmitan señales de forma eficiente.
En el análisis CRISPR, los investigadores descubrieron que la desactivación del PEDS1 interrumpía la formación de células nerviosas y se relacionaba con una reducción del tamaño cerebral.
Los científicos alteraron el gen en ratones y descubrieron que afectaba el desarrollo y el crecimiento cerebrales normales.
Shifman explicó que los científicos identificaron mutaciones raras del PEDS1 en dos niños de Jerusalén Oriental. Ambos niños presentaban un grave deterioro del desarrollo, incluyendo retraso en el desarrollo y reducción del tamaño cerebral.
«Hasta nuestro estudio, se sabía que los niños padecían un trastorno sin nombre cuya causa no se conocía», afirmó Shifman. El estudio proporcionó la primera explicación de su afección.
La investigación representa un avance importante en la comprensión de cómo las alteraciones genéticas afectan el desarrollo cerebral temprano, afirmó el profesor Boaz Barak, de la Escuela de Neurociencia Sagol de la Universidad de Tel Aviv, quien no participó en el estudio, en una respuesta escrita a The Times of Israel. «Al descubrir genes previamente desconocidos que intervienen en los trastornos del neuro desarrollo y aclarar los mecanismos por los que alteran el desarrollo cerebral, este trabajo proporciona nuevas y poderosas herramientas que, en última instancia, respaldarán el desarrollo de futuras estrategias terapéuticas».
Shifman afirmó que existen muchas preguntas muy importantes que los investigadores aún desconocen.
«Pero estamos trabajando en ellas», añadió.
Traducción: Consulado General H. de Israel en Guayaquil
Fuente: The Times of Israel
