ALICANTE, 20 (EUROPA PRESS)
Un equipo de investigación del Instituto de Neurociencias (IN), centro mixto del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y la Universidad Miguel Hernández de Elche (UMH), en colaboración con investigadores de la Universidad de Columbia de Nueva York en Estados Unidos (EEUU), ha identificado un mecanismo “clave” para controlar la actividad que regula la identidad neuronal.
En concreto, regula la producción de dos proteínas diferentes a partir de un mismo gen. Este descubrimiento tiene implicaciones para la comprensión de la identidad neuronal en vertebrados, ya que muchos de los mecanismos descubiertos en el modelo animal estudiado, el gusano ‘Caenorhabditis elegans’, están presentes en ratones, humanos y otras especies, según ha indicado CSIC-UMH en un comunicado.
El estudio, liderado por el investigador Eduardo Leyva Díaz, responsable de la línea emergente de mecanismos moleculares de la identidad neuronal en el IN, revela que el gen ceh-44, homólogo del gen CUX1 en humanos y ratones, da lugar a dos isoformas completamente distintas, variantes de una misma proteína que puede tener diferencias en su estructura o función.
Una de ellas actúa como un factor de transcripción esencial para la regulación de genes neuronales, mientras que la otra codifica una proteína transmembrana localizada en el aparato de Golgi, un orgánulo presente en las células que actúa como su “centro logístico”, cuya función es todavía desconocida.
Leyva Díaz ha señalado que “lo más sorprendente es que esta organización génica se mantiene en vertebrados, lo que sugiere que podría desempeñar un papel fundamental en la especificación neuronal en especies más complejas”.
También se indica que la identidad de una célula determina su morfología y funciones durante su vida. En el caso de las neuronas, su estructura es particularmente singular, ya que, una vez formadas durante el desarrollo, nunca vuelven a dividirse.
Esto implica que su función debe mantenerse de forma estable a lo largo de toda su existencia. Para lograrlo, las neuronas expresan un conjunto específico de genes que definen su actividad dentro de los circuitos cerebrales. Cualquier alteración en este proceso puede comprometer su función y contribuir al desarrollo de trastornos neurológicos.
ACTÚA COMO UN “EDITOR DE VÍDEO”
Según CSIC-UMH, este trabajo “arroja luz” sobre cómo la identidad neuronal se establece y se mantiene mediante un mecanismo de ‘splicing’ alternativo.
Este es un “proceso esencial” en la expresión de los genes, mediante el que se eliminan fragmentos no codificantes del ARN mensajero para generar proteínas funcionales.
En concreto, actúa como una especie de “editor de vídeo”, ya que elimina escenas irrelevantes y junta los mejores fragmentos para “contar una historia comprensible”.
En algunos casos, este proceso permite que un mismo gen dé lugar a proteínas diferentes, dependiendo de cómo se ensamblen los fragmentos codificantes de ARN.
El equipo del IN ha identificado que la producción de la versión neuronal de la proteína CEH-44 depende de un factor de ‘splicing’ conservado, llamado UNC-75 en el gusano ‘Caenorhabditis elegans’ y CELF en vertebrados.
Este mecanismo es “clave” en la identidad neuronal porque permite la producción selectiva de proteínas específicas en el sistema nervioso.
“Hemos podido demostrar que UNC-75/CELF actúa como un regulador fundamental de este proceso, promoviendo la producción de la isoforma neuronal y suprimiendo la alternativa no neuronal”, ha detallado Leyva Díaz.
ESTUDIAN EL MODELO DE UN GUSANO
Para desarrollar esta investigación, los expertos emplearon el modelo animal del gusano ‘Caenorhabditis elegans’, un pequeño nematodo ampliamente utilizado en biología debido a su sencillez genética y su rápido ciclo de vida.
A pesar de su aparente simplicidad, este gusano tiene un sistema nervioso bien caracterizado con 302 neuronas, cuyo desarrollo y conexiones sinápticas han sido mapeados con detalle.
Según el investigador, trabajar con este tipo de gusano permite “realizar modificaciones genéticas precisas de forma rápida y reproducible, lo que facilita la identificación de mecanismos conservados en la regulación de la identidad neuronal”.
Además, su transparencia permite visualizar la expresión de genes en organismos vivos mediante técnicas de fluorescencia, lo que ha sido clave en este estudio.
El equipo, que contó con la colaboración del laboratorio que el experto en mecanismos de especificación neuronal Oliver Hobert dirige en la Universidad de Columbia, empleó herramientas de edición genética basadas en CRISPR-Cas9 y técnicas avanzadas de microscopía para caracterizar el mecanismo.
NUEVAS VÍAS DE INVESTIGACIÓN
Los resultados del estudio abren nuevas vías de investigación en neurociencia del desarrollo. El siguiente objetivo del equipo es determinar si este mecanismo de ‘splicing’ se mantiene en vertebrados y cómo puede afectar a la formación de circuitos neuronales en el cerebro.
“Sabemos que el gen CUX1 en humanos es esencial para la especificación de neuronas en las capas superiores de la corteza cerebral y para la formación del cuerpo calloso, pero aún desconocemos cómo se regula su expresión”, señala Leyva Díaz.
En esta línea, el investigador destaca que “comprender cómo se genera y mantiene la identidad de las neuronas es crucial para descifrar el desarrollo del sistema nervioso y podría tener implicaciones en patologías donde esta identidad se pierde”.
Este trabajo ha sido posible por la financiación del Instituto Médico Howard Hughes (EEUU) y del programa GenT para la Contratación de Investigadores Doctores de Excelencia de la Generalitat Valenciana.
El equipo ha agradecido a la investigadora Guillermina López Bendito, del IN, por haberlo acogido en su laboratorio, “un entorno idóneo para el desarrollo de esta investigación”.
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