¿Qué causa el autismo? Una nueva investigación descubre un factor clave en el desarrollo del cerebro

Los resultados de esta investigación revelan un componente importante en las causas subyacentes de los defectos congénitos del tubo neural, las discapacidades intelectuales y el riesgo de autismo.

POR TEXAS A&M UNIVERSITY COLLEGE OF MEDICINE

Fuente: SCI Tech Daily | 31/07/2022

Fotografía: SCI Tech Daily

Investigadores de la Facultad de Medicina de Texas A&M han dado respuesta a importantes preguntas sobre el desarrollo del neocórtex, aportando nueva información sobre las causas fundamentales de la discapacidad intelectual

Los investigadores de la Facultad de Medicina de la Universidad de Texas A&M han logrado un importante avance en nuestra comprensión de cómo se desarrolla el cerebro. Esta nueva investigación hace avanzar nuestra comprensión de cómo se desarrolla la región del cerebro que distingue a los humanos de otros animales y arroja luz sobre las causas de las discapacidades intelectuales, como los trastornos del espectro autista.

Durante muchos años, los científicos han reconocido una relación significativa entre la inteligencia de los mamíferos y una fina capa de células en el neocórtex, la región del cerebro que gobierna los procesos de orden superior como la cognición, la percepción y el lenguaje. La superficie del neocórtex refleja el grado de desarrollo de la capacidad mental de un organismo. Por ejemplo, el neocórtex humano es sólo unas tres veces más grueso que el del ratón. Sin embargo, el neocórtex humano tiene una superficie 1.000 veces mayor que el de los ratones. Los trastornos del espectro autista y las deficiencias intelectuales son algunas de las deficiencias del desarrollo causadas por malformaciones en esta región del cerebro.

Lo que se desconoce es cómo la expansión evolutiva de esta sección del cerebro se produce selectivamente a favor del crecimiento de la superficie del neocórtex a costa de aumentar su grosor. Un aspecto importante de este proceso es cómo se distribuyen las poblaciones iniciales de células madre neurales, que sirven como bloques de construcción del cerebro.

"Hay muchas, lo que llamaremos, unidades de procesamiento individuales que están dispuestas horizontalmente en el neocórtex. Cuanta más superficie tenga, más unidades de procesamiento podrá albergar", explica Vytas A. Bankaitis, catedrático distinguido de la Facultad de Medicina, titular de la cátedra de química de la Fundación E.L. Wehner-Welch y coautor de este estudio, publicado en Cell Reports. "La pregunta es: ¿por qué la superficie neocortical es mucho mayor en relación con su grosor a medida que se asciende en el árbol evolutivo de los mamíferos? ¿Por qué las células madre neurales se extienden en dirección lateral a medida que proliferan y no se amontonan unas sobre otras?"

Esta cuestión es clave porque cuando las células no se extienden, sino que se amontonan, se crea un neocórtex más grueso con una superficie menor, una característica que se ha observado en casos de discapacidad intelectual e incluso de autismo.

"Una de las causas genéticas más estudiadas de la discapacidad intelectual es una mutación en un gen que originalmente se llamaba LIS1", explica Zhigang Xie, profesor adjunto de la Facultad de Medicina y coautor del estudio. "Esta mutación genética provoca un cerebro liso, que se asocia a la discapacidad intelectual. Y una observación típica es que el neocórtex del paciente es más grueso de lo normal. También hay estudios muy recientes que identifican diferencias comunes en el cerebro del autismo que incluyen regiones anormalmente engrosadas del neocórtex en esos individuos."

Los científicos saben desde hace tiempo que, a medida que las células madre neurales se dividen, sus núcleos se mueven hacia arriba y hacia abajo dentro de su espacio anatómico en función del ciclo celular, un proceso denominado migración nuclear intercinética. Lo hacen empleando una red citoesquelética que actúa como vías de tren con motores que mueven los núcleos hacia arriba o hacia abajo de forma estrechamente regulada. Aunque se han propuesto varias ideas, sigue siendo un enigma por qué los núcleos se mueven de este modo, cómo se controla esta red de vías de tren y qué papel desempeña la migración nuclear intercinética en el desarrollo del neocórtex.

En su estudio, Xie y Bankaitis proporcionan respuestas a estas preguntas.

En cuanto al porqué, Bankaitis explica que cuando hay tantas células tan juntas en la fase embrionaria del desarrollo neocortical, el movimiento de sus núcleos hacia arriba y hacia abajo provoca fuerzas opuestas hacia arriba y hacia abajo que extienden las células madre neurales en división.

"Piense en un tubo de pasta de dientes", dijo Bankaitis. "Si cogiéramos ese tubo de pasta de dientes, lo pusiéramos entre las manos, empujáramos hacia arriba desde la parte inferior y empujáramos hacia abajo desde la parte superior, ¿qué ocurriría? Se aplanaría y se extendería. Así es como funciona esencialmente. Tienes una fuerza hacia arriba y una fuerza hacia abajo causada por el movimiento de los núcleos que extiende estas células".

Xie y Bankaitis también demuestran cómo las células hacen esto enlazando varias vías distintas que cooperan para "decir" a las células madre neurales recién nacidas a dónde ir.

"Creo que, por primera vez, esto reúne realmente moléculas y vías de señalización que indican cómo se controla este proceso y por qué estaría vinculado o asociado a deficiencias del neurodesarrollo", dijo Bankaitis. "Hemos tomado una vía bioquímica, la hemos unido a una vía biológica celular y la hemos vinculado a una vía de señalización que habla con el núcleo para promover el comportamiento nuclear que genera una fuerza que desarrolla un cerebro complicado. Ahora es un circuito completo".

Los resultados de este estudio descubren un factor importante en las causas subyacentes del riesgo de autismo, la discapacidad intelectual y los defectos congénitos del tubo neural. Los nuevos conocimientos sobre los principios básicos que regulan la forma del neocórtex también ayudarán a diseñar sistemas de cultivo de cerebros in vitro que reflejen con mayor precisión los procesos de desarrollo de interés y mejorarán las perspectivas de desarrollo de fármacos neurológicos.

"Aunque puede haber muchas razones por las que un neocórtex se engrosa en lugar de extenderse, nuestro trabajo ofrece una nueva perspectiva sobre por qué los pacientes con autismo y discapacidad intelectual suelen mostrar un córtex más grueso", dijo Xie. "El hecho de que el producto del gen LIS1 sea un regulador central de la migración nuclear, incluida la migración nuclear intercinética que estudiamos en este trabajo, apoya las conclusiones a las que llegamos en este artículo".

Referencia: "La proteína de transferencia de fosfatidilinositol/eje de polaridad celular planar regula la morfogénesis neocortical apoyando la migración nuclear intercinética", por Zhigang Xie y Vytas A. Bankaitis, 31 de mayo de 2022, Cell Reports.

DOI: 10.1016/j.celrep.2022.110869

El estudio fue financiado por los Institutos Nacionales de la Salud (NIH) y la Fundación Robert A. Welch.

https://scitechdaily.com/what-causes-autism-new-research-uncovers-a-key-factor-in-brain-development/