La investigación, publicada en la revista Nature Neuroscience, ha permitido crear el primer atlas multiómico del tálamo embrionario de ratón e identificar un gen fundamental para la formación de las neuronas visuales
Hay partes del cerebro que trabajan de manera silenciosa, pero que resultan esenciales para que podamos relacionarnos con el mundo que nos rodea. Una de ellas es el tálamo, una estructura que recibe e integra información procedente de los sentidos y la transmite a otras regiones cerebrales. Conocer cómo se forma y de qué manera se organizan sus neuronas desde las primeras etapas de la vida es precisamente el reto que ha abordado un equipo del Instituto de Neurociencias de Elche.
Los investigadores han conseguido elaborar el primer atlas multiómico del tálamo embrionario de ratón. Se trata de una herramienta científica que permite reconstruir cómo van apareciendo y especializándose los distintos tipos de neuronas que forman esta región del cerebro. El trabajo se ha publicado en la revista internacional Nature Neuroscience y aporta nuevas pistas sobre los mecanismos que intervienen en la organización del sistema nervioso.
La investigación ha sido desarrollada por el Instituto de Neurociencias (IN), un centro mixto del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y la Universidad Miguel Hernández (UMH). En ella han participado los equipos dirigidos por Guillermina López-Bendito, responsable del laboratorio de Desarrollo, Plasticidad y Reprogramación de Circuitos Sensoriales, y José López-Atalaya, director del laboratorio de Plasticidad Celular y Neuropatología.
Dos caminos diferentes para formar las neuronas
El tálamo no es una estructura uniforme. Está compuesto por distintos núcleos, cada uno con grupos de neuronas especializadas en funciones concretas. Algunas participan en el procesamiento de la información sensorial, mientras que otras están relacionadas con funciones motoras y asociativas.
Hasta ahora seguían existiendo preguntas importantes sobre cómo se originan esas diferencias durante el desarrollo embrionario. El nuevo atlas permite observar ese proceso con un nivel de detalle que ayuda a entender cómo las células van adquiriendo su identidad.
Para conseguirlo, el equipo estudió células individuales del cerebro embrionario de ratón en distintas etapas de desarrollo. Los investigadores analizaron qué genes estaban activos en cada célula y qué regiones del ADN se encontraban accesibles para intervenir en la regulación genética. La combinación de ambas fuentes de información permitió reconstruir la evolución de miles de neuronas desde sus primeras fases hasta su especialización.
Uno de los resultados más relevantes es que las neuronas del tálamo no siguen un único camino para desarrollarse. Los datos muestran que existen dos grandes linajes que se separan muy pronto durante la etapa embrionaria. Uno dará lugar a los núcleos sensoriales y el otro a los relacionados con las funciones motoras y asociativas.
Además, ambos procesos no avanzan al mismo ritmo. Los circuitos sensoriales alcanzan determinadas fases de desarrollo antes que aquellos vinculados a funciones cognitivas y motoras.
Una etapa intermedia que no esperaban encontrar
La investigación también ha permitido descubrir un paso intermedio que ha llamado la atención de los científicos.
Dentro del linaje que dará lugar a las neuronas sensoriales, algunas células atraviesan primero un estado molecular parecido al de las neuronas que forman los núcleos de orden superior del tálamo. Solo después continúan su especialización hasta convertirse en neuronas sensoriales, como las relacionadas con la visión o el tacto.
Para comprobar que esa trayectoria celular era real, y no únicamente una predicción obtenida a partir de los datos, el equipo recurrió a técnicas de marcaje genético que permiten seguir el destino de las células progenitoras y de las neuronas que generan.
En esta parte del trabajo ha tenido un papel destacado Lorenzo Puche-Aroca, primer autor del estudio, que participó en la validación experimental de las relaciones entre las distintas poblaciones celulares.
El gen SP9, una pieza clave para las neuronas visuales
Otro de los hallazgos importantes se encuentra en el gen Sp9. Los investigadores identificaron que este gen desempeña una función esencial para que determinadas neuronas del tálamo adquieran correctamente su identidad visual.
Para comprobarlo, redujeron experimentalmente su actividad durante el desarrollo embrionario del ratón. El resultado fue que las neuronas destinadas a procesar información visual no adquirieron correctamente las características que las distinguen.
Este experimento permitió confirmar que SP9 no es simplemente un elemento asociado a ese proceso, sino que interviene de manera decisiva en la especialización de estas células.
Un nuevo recurso para investigar el desarrollo del cerebro
El valor de este trabajo va más allá de la elaboración de un mapa de células. El atlas proporciona a la comunidad científica una nueva herramienta para estudiar cómo se organiza el tálamo, cómo se forman sus circuitos y qué mecanismos genéticos intervienen en la especialización de sus neuronas.
Los resultados también ofrecen un marco de referencia para investigar alteraciones que pueden estar relacionadas con trastornos del neurodesarrollo y enfermedades neurológicas. Esto no significa que el estudio haya encontrado un tratamiento para esas patologías, pero sí que aporta conocimientos básicos que pueden ayudar a comprender mejor algunos de los procesos que intervienen en su aparición.
La investigación ha contado con financiación del Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades, la Agencia Estatal de Investigación, el Consejo Europeo de Investigación, la Fundación “la Caixa”, el programa PROMETEO de la Generalitat Valenciana y el Programa Severo Ochoa.
Desde el Instituto de Neurociencias de la UMH y el CSIC llega así un nuevo avance en el conocimiento de cómo se construye el cerebro. Un trabajo que demuestra que, para entender cómo funciona una estructura tan compleja, también es necesario mirar hacia sus primeros pasos, cuando sus neuronas todavía están encontrando el lugar y la función que tendrán en el futuro.
