Los científicos han identificado varios genes que son importantes en el desarrollo de las células nerviosas de las moscas de la fruta.

Las neuronas son el resultado de una serie única y muy compleja de divisiones celulares. Por ejemplo, en las moscas de la fruta, el proceso comienza con células madre que se dividen en células parentales (células progenitoras), que luego se dividen en células progenitoras que eventualmente se convierten en neuronas.

Un equipo de la Universidad de Michigan (UM), dirigido por Nigel Michki, un estudiante de posgrado, y el profesor asociado Dawen Cai en los Departamentos de Biofísica (LS&A), Biología Celular y Crecimiento en la Facultad de Medicina, han identificado varios genes importantes en el desarrollo de las neuronas de la mosca de la fruta que no se han cumplido. Lo describió antes en este contexto.

Dado que muchos genes se conservan en especies como las moscas de la fruta (moscas de la fruta), los ratones y los humanos, lo que se aprende en las moscas también podría servir como modelo para comprender mejor a otras especies, incluidos los humanos.

Ahora que sabemos qué genes están involucrados en esta forma de neurogénesis en las moscas, podemos buscarlo en otras especies y probarlo. Operamos en muchos organismos en la UM y tenemos la capacidad de interrogar a otros organismos. En mi opinión, el trabajo que hicimos es una de las muchas piezas que informarán a otros trabajos que informarán a la enfermedad. Es por eso que llevamos a cabo una investigación fundamental como esta «.

Nigel Michki es un estudiante graduado de la Universidad de Michigan.

Las moscas también se usan comúnmente en muchos tipos diferentes de investigación que se beneficiarían de tener una lista más completa de genes de moscas con roles asociados en el desarrollo neuronal.

Descubrimiento

Las neuronas están formadas por células madre que se multiplican mucho antes de convertirse en neuronas. En el cerebro humano, el proceso es muy complejo e involucra miles de millones de células. En el cerebro de la mosca, el proceso es mucho más simple, con alrededor de 200 células madre para todo el cerebro. La escala más pequeña permite un análisis preciso del proceso de división neuronal de principio a fin.

En las moscas, cuando una célula madre se divide, produce otra célula madre y una célula progenitora. Cuando esta última se divide, produce lo que se llama una célula progenitora que se divide solo una vez y produce dos neuronas. Los genes controlan este proceso de producción diciéndoles a las células que se dividan (y qué tipo específico de célula se produzca) o que dejen de dividirse.

Hasta el día de hoy, solo se han identificado unos pocos genes que controlan este proceso de desarrollo neuronal y en este post en Informes de celdaLos científicos han identificado varios genes involucrados. A lo largo de la línea de tiempo del desarrollo de las neuronas, el equipo de UM puede registrar con precisión qué genes están involucrados y durante cuánto tiempo.

En particular, en la filogenia, los científicos han identificado tres genes que son importantes en esta etapa para determinar el «tipo» de neuronas que fabricará cada antepasado; Estos genes particulares no se han descrito antes en este contexto. También validaron genes marcadores previamente conocidos que se sabe que regulan la proliferación celular.

Cuando aplicaron su método de análisis a otras etapas del proceso de desarrollo neuronal, también registraron la expresión de genes adicionales. Sin embargo, se desconoce por qué estos genes aumentan en expresión en diferentes pasos del proceso de desarrollo neuronal y qué papel juegan realmente en estos diferentes pasos. «Ahora que se han identificado muchos genes candidatos, estamos analizando el papel que desempeñan en la maduración neuronal y la autodeterminación», dice Kai. «También estamos entusiasmados de explorar otros momentos de desarrollo para dilucidar los cambios dinámicos en el paisaje molecular en el cerebro de la mosca».

«Este trabajo proporciona información valiosa sobre cómo se puede programar la descendencia de células madre en diferentes tipos de neuronas, así como cómo convertir tipos que no son neuronas en neuronas. Estos resultados tendrán un gran impacto en la comprensión del desarrollo normal del cerebro, así como en medicina de regeneración neuronal «, agrega Ching Yu. Lee, profesora de Ciencias de la Vida de la UM que colaboró ​​con el Laboratorio Kay.

Técnicas

Este estudio se basa principalmente en técnicas de secuenciación de ARN unicelular de alto rendimiento. Los científicos tomaron células individuales del cerebro de las moscas de la fruta y secuenciaron el ARN, generando cientos de gigabytes de datos en solo un día. A partir de la secuencia de ARN, pueden determinar la etapa de desarrollo de cada neurona. “Ahora comprendemos muy bien cómo funciona este proceso a nivel de ARN”, dice Mishke.

El equipo también utilizó observaciones microscópicas convencionales para determinar dónde se expresaban estos diferentes ARN en el cerebro. «La combinación de análisis de sílice y exploración in situ no solo valida la calidad de nuestros resultados de secuenciación, sino que también restaura la relación espacial y temporal de genes candidatos, que se perdieron en el proceso de desintegración de una sola célula», dice Kay.

Al comienzo de su estudio, los científicos analizaron un gran conjunto de datos con software de código abierto. Posteriormente, desarrollaron un portal (MiCV) que facilita el uso de los servicios informáticos existentes y permite realizar pruebas de redundancia. Este portal se puede utilizar para analizar datos de células y genes de una variedad de órganos y no requiere experiencia en programación de computadoras. «Herramientas como MiCV pueden ser muy poderosas para los investigadores que realizan este tipo de investigación por primera vez y desean generar rápidamente nuevas hipótesis a partir de sus datos», dice Michki. «Ahorra mucho tiempo para el análisis de datos, así como el gasto de los honorarios de los consultores. El objetivo final es permitir que los científicos se centren más en su investigación que en las herramientas de análisis de datos, a veces tediosas». Actualmente se comercializa MiCV.