Un inhibidor de proteínas normaliza la migración neuronal en un modelo organoide de autismo

En movimiento: Las neuronas de los organoides de un mes de edad con deleciones de 16p11.2 (derecha) migran más lentamente que las de los organoides de control (izquierda).

POR LAURA DATTARO

Fuente: Spectrum | 01/09/2021

Fotografía: Autism Spectrum

La inhibición de una proteína que ayuda a las células a moverse o cambiar de forma impide la migración neuronal atípica en grupos de células cerebrales en 3D portadoras de variantes genéticas vinculadas al autismo

La inhibición de una proteína que ayuda a las células a moverse o cambiar de forma impide la migración neuronal atípica en grupos de células cerebrales en 3D portadoras de variantes genéticas vinculadas al autismo, según un nuevo estudio. Los modelos celulares, conocidos como organoides, también imitan las diferencias de tamaño de la cabeza observadas en algunas personas con las variantes.

Los investigadores crearon los organoides utilizando células reprogramadas de personas portadoras de deleciones o duplicaciones de un tramo de 29 genes del cromosoma 16 llamado 16p11.2. Ambas variantes están fuertemente asociadas al autismo y a diferencias en el tamaño de la cabeza: Las personas con deleciones tienden a tener una cabeza atípicamente grande, o macrocefalia, y las que tienen duplicaciones la tienen atípicamente pequeña, o microcefalia.

Los ratones con variantes de 16p no han mostrado sistemáticamente diferencias en el tamaño de la cabeza, por lo que los organoides pueden ser un mejor modelo para estudiar ese rasgo, dice Hongjun Song, profesor de neurociencia de la Universidad de Pensilvania, que no participó en el trabajo.

"Es realmente intrigante que podamos ver eso en el sistema humano", dice Song. "Es un buen comienzo. Pone de manifiesto por qué, para los trastornos humanos, necesitamos realmente estudiar a los humanos."

Los organoides pueden ayudar a revelar cómo las variantes de 16p11.2 afectan a las primeras etapas del desarrollo del cerebro, dicen los investigadores. También podrían resultar útiles para identificar tratamientos, dice la investigadora principal, Lilia Iakoucheva, profesora asociada de psiquiatría de la Universidad de California en San Diego.

"Por supuesto, el objetivo más amplio era encontrar algunas dianas farmacológicas para ayudar a los niños", dice Iakoucheva. "Pensamos que el modelo derivado del paciente sería ideal y más beneficioso que el del ratón".

Cambios en las neuronas

Los investigadores crearon una colección de organoides cerebrales utilizando células madre derivadas de la piel de tres personas con una deleción y macrocefalia, tres con una duplicación y microcefalia, y tres controles. Midieron el tamaño de los organoides a los 6 días, 16 días, 1 mes y 3 meses de cultivo.

En todas las fases de desarrollo, los organoides derivados de la deleción tendían a ser más grandes que los de control, y los derivados de la duplicación, más pequeños, coincidiendo con las tendencias de tamaño de la cabeza observadas en las personas con las variantes.

Tamaño de la cabeza: Los organoides con deleciones de 16p11.2 (izquierda) son más grandes de lo habitual, mientras que los que tienen duplicaciones son más pequeños (derecha), imitando las tendencias de tamaño de la cabeza observadas en las personas con esas variantes.

"Es una conexión directa muy importante con los fenotipos de los pacientes", dice Iakoucheva. "Nos emocionamos mucho cuando lo vimos".

Los resultados se publicaron en Molecular Psychiatry la semana pasada.

Los investigadores también secuenciaron el ARN de los organoides de uno y tres meses y de las células madre de las que crecieron. Una vez más, en todas las etapas del desarrollo los organoides mutados diferían de los organoides de control en la expresión de cientos de genes; muchos de los genes afectados facilitan la creación de neuronas y su migración a la corteza en las primeras etapas del desarrollo. Muchos también compartían funciones con otros genes fuertemente vinculados al autismo, como el CHD8.

Tanto los organoides de deleción como los de duplicación tenían niveles elevados de una enzima llamada RhoA, que ayuda a regular la migración neuronal. Cuando el equipo colocó neuronas de los organoides en una placa, las que tenían mutaciones tendían a recorrer distancias más cortas que las neuronas de control. Pero esa diferencia desapareció en las neuronas de los organoides tratados con un inhibidor de RhoA.

Interpretación cuidadosa

Los organoides pueden revelar más sobre rasgos manifiestos, como el tamaño general, que sobre el tamaño de las neuronas o la densidad de las sinapsis, rasgos matizados que pueden ser más adecuados para los modelos 2D, dice Song.

Del mismo modo, dice, la secuenciación del ARN en un modelo animal podría ser más informativa, permitiendo a los investigadores realizar la secuenciación de una sola célula y entender qué tipos de células están expresando qué genes. (Iakoucheva afirma que espera poder realizar este tipo de secuenciación en los organoides en el futuro).

"Esto es realmente un gran comienzo de un modelo de los grandes fenotipos", dice Song.

Aunque el trabajo es sólido, los investigadores deben ser cautelosos para no sobreinterpretar los resultados, dice Verónica Martínez-Cerdeño, profesora de patología en la Universidad de California, Davis. No está claro, por ejemplo, si las diferencias de tamaño de los organoides equivalen a las diferencias de tamaño de la cabeza que se observan en las personas.

"Este trabajo quizá nos dé algunos genes candidatos para estudiar en el futuro, pero no sabemos cómo se traduce realmente en el autismo", dice Martínez-Cerdeño.

Aun así, la comparación de los efectos de las deleciones y las duplicaciones es útil, dice Sergiu Pasca, profesor asociado de psiquiatría y ciencias del comportamiento en la Universidad de Stanford (California).

"Esto es particularmente importante a la luz de los fenotipos clínicos opuestos en los pacientes", dice Pasca.

El equipo de Iakoucheva tiene previsto investigar qué tipos de células se ven afectadas por los cambios en la señalización de RhoA, analizar la actividad electrofisiológica de los organoides y evaluar si el inhibidor de RhoA afecta al comportamiento de los ratones con deleciones o duplicaciones de 16p.

Cite este artículo: https://doi.org/10.53053/CJCZ7094

https://www.spectrumnews.org/news/protein-inhibitor-normalizes-neuronal-migration-in-organoid-model-of-autism/