Los organoides de un año se hacen eco de los cambios genéticos observados al nacer

Plato de desarrollo: los cultivos de células esféricas con algunas características similares a las del cerebro pueden ser útiles para modelar los mecanismos biológicos subyacentes al autismo. / Cortesía de Sergiu P. Pasca

POR LAURA DAUTARO

Fuente: Spectrum / 08/03/2021

Fotografía: cortesía de Sergiu P. Pasca

Según un nuevo estudio, los cultivos en 3D de células cerebrales humanas mantenidas vivas durante casi un año, experimentan transiciones en la actividad de los genes que se asemejan a las observadas en los recién nacidos.

Los resultados, que se encuentran entre las descripciones más detalladas de los organoides cerebrales más antiguos hasta la fecha, sugieren que los investigadores pueden utilizar estos cultivos para estudiar la función de los genes relacionados con el autismo en diferentes etapas del desarrollo pre y postnatal, afirma el co-investigador Sergiu Pasca, profesor asociado de psiquiatría y ciencias del comportamiento en la Universidad de Stanford (California).

Muchos organoides se estudian durante menos de seis meses, cuando se asemejan a los cerebros prenatales. Sin embargo, el seguimiento de los cultivos durante más tiempo ha revelado que siguen desarrollándose: Las células cerebrales llamadas astrocitos y las estructuras de cromatina típicas de los cerebros en desarrollo comienzan a tomar forma, según trabajos anteriores del equipo de Pasca.

Los nuevos hallazgos, junto con esos resultados anteriores, demuestran que los cultivos tienen un mecanismo interno de sincronización, dice Pasca. "Las células dentro de estos cultivos están experimentando una serie de hitos de desarrollo mientras se mantienen en la placa sin que nosotros intervengamos de ninguna manera. Probablemente hay algún tipo de reloj interno que sabe dónde están en el tiempo independientemente de que reciban algunas de las señales".

(Post Twitter Aaron Gordon)

Comprender ese reloj será crucial para garantizar que los investigadores estudien los genes relacionados con el autismo en los organoides en las etapas correctas de desarrollo, afirma Pasca. Los investigadores podrían incluso ser capaces de manipularlo para crear organoides sin tener que mantener los cultivos durante meses o años.

Los hallazgos son "buenas noticias" para los investigadores que esperan utilizar organoides para estudiar el autismo, dice Alysson Muotri, profesora de pediatría y medicina celular y molecular de la Universidad de California en San Diego, que no participó en el trabajo.

Cambios genéticos

Los investigadores crearon seis organoides corticales reprogramando células madre de cinco personas no autistas. Observaron los organoides durante 694 días mientras los cultivos crecían hasta alcanzar unos pocos milímetros de tamaño.

Los patrones de expresión genética de los organoides coincidían con los de las células corticales humanas prenatales de una base de datos llamada BrainSpan, según los investigadores. Al cabo de entre 250 y 300 días, aproximadamente la duración de un embarazo a término en las personas, la expresión génica cambió de los patrones prenatales a los observados en los recién nacidos. El trabajo se publicó en febrero en Nature Neuroscience.

Los organoides expresaron en gran medida los genes relacionados con el desarrollo de las neuronas y las sinapsis hasta el día 200 aproximadamente, y luego empezaron a expresar más genes relacionados con la función sináptica y el desarrollo de otras células cerebrales, como los astrocitos.

Los genes que codifican las subunidades del receptor del glutamato, un mensajero químico utilizado por las neuronas, cambiaron progresivamente sus niveles de expresión entre los días 250 y 300, coincidiendo con una transición que se produce alrededor del nacimiento en la base de datos BrainSpan y en los roedores.

"Esto es realmente increíble, porque significa que las subunidades saben cuándo hacer la transición", afirma Pasca.

Los investigadores rastrearon la expresión de estos genes - GRIN2A y GRIN2B - junto con otros genes fuertemente relacionados con el autismo, la discapacidad intelectual u otras condiciones. Los investigadores descubrieron que la mayoría de los genes relacionados con el autismo y la discapacidad intelectual se expresan en las primeras etapas de los organoides, cuando se están formando las neuronas. Algunos también se expresan más tarde, cuando se crean las sinapsis.

En el caso de muchos genes, la expresión alcanzó un máximo en varios momentos. Los investigadores que estudian estos genes sólo en organoides de un mes de edad pueden pasar por alto las funciones que tienen durante el desarrollo posterior del cerebro, dice Pasca.

"Saber cuándo se expresa el gen de interés es realmente clave", afirma.

La deformación del tiempo: los patrones de expresión genética de las neuronas (arriba) y los astrocitos (abajo) en los organoides cambian con el tiempo.

Modelos aproximados

Investigaciones anteriores descubrieron niveles elevados de marcadores de estrés celular en los organoides; parte de este estrés se mitigó trasplantando los cultivos a ratones recién nacidos.

"El estrés es probablemente inducido por algo en el cultivo o por la forma en que se cultivan las células", afirma Arnold Kriegstein, profesor de neurología de la Universidad de California en San Francisco, que dirigió el anterior estudio sobre el estrés celular y no participó en el nuevo trabajo.

Pero las células de BrainSpan y de una segunda base de datos de 40.000 células corticales expresan de forma similar genes implicados en las vías del estrés, según Pasca, lo que sugiere que los niveles bajos y estables de marcadores de estrés observados en los organoides no son indicativos de problemas.

Muchos de estos genes también desempeñan funciones clave en el desarrollo típico del cerebro, afirma.

Aun así, los organoides no son réplicas perfectas de la corteza cerebral humana, afirma: Carecen de algunos tipos de células, como las neuronas inhibidoras, la microglía y las células precursoras que se convierten en oligodendrocitos. También falta la entrada eléctrica que el córtex en desarrollo recibe de otras partes del cerebro.

"Lo que aportamos aquí es un marco para evaluar hasta qué punto el sistema in vitro se asemeja al desarrollo in vivo de un determinado gen", afirma el coinvestigador Daniel Geschwind, distinguido profesor de neurología, psiquiatría y genética humana de la Universidad de California en Los Ángeles.

Sería engañoso decir que estos cultivos se parecen al cerebro postnatal, afirma Pasca. "Se parecen a aspectos de la corteza cerebral postnatal".

Independientemente de ello, el trabajo demuestra que los organoides pueden utilizarse para estudiar afecciones en etapas posteriores del desarrollo, incluidas las que no surgen hasta después del nacimiento, dice Kriegstein.

"Creo que es un trabajo muy bonito e interesante que va a ayudar a mover el campo", dice.

(post Twitter Ana M. Pasca)

Sin embargo, los organoides no son réplicas perfectas del córtex humano, afirma: Carecen de algunos tipos de células, como las neuronas inhibidoras, la microglía y las células precursoras que se convierten en oligodendrocitos. También falta la entrada eléctrica que el córtex en desarrollo recibe de otras partes del cerebro.

"Lo que aportamos aquí es un marco para evaluar hasta qué punto el sistema in vitro se asemeja al desarrollo in vivo de un determinado gen", afirma el coinvestigador Daniel Geschwind, distinguido profesor de neurología, psiquiatría y genética humana de la Universidad de California en Los Ángeles.

Sería engañoso decir que estos cultivos se parecen al cerebro postnatal, afirma Pasca. "Se parecen a aspectos de la corteza cerebral postnatal".

Independientemente de ello, el trabajo demuestra que los organoides pueden utilizarse para estudiar afecciones en etapas posteriores del desarrollo, incluidas las que no surgen hasta después del nacimiento, dice Kriegstein.

"Creo que es un trabajo muy bonito e interesante que va a ayudar a mover el campo", dice.

TAGS: autismo, expresión génica, GRIN2B, organoides

https://www.spectrumnews.org/news/year-old-organoids-echo-genetic-shifts-seen-at-birth/