Celulele stem neuronale se divid devreme în linii neuronale distincte
Cortexul cerebral este dens populat cu diferite celule nervoase care ne permit să percepem, să gândim și să acționăm.
Cu toate acestea, modul în care aceste tipuri de celule apar în timpul dezvoltării creierului nu este pe deplin înțeles. Irene Varela-Martínez, cercetător postdoctoral la Institutul de Știință și Tehnologie din Austria (ISTA), investighează originile acestor celule, asemănându-se cu un detectiv al arborelui genealogic al celulelor nervoase. Studiul său recent, publicat în Science Advances, arată că celulele precursor ale neuronilor, contrar presupunerilor anterioare, se divid devreme în două linii independente, generând astfel tipuri distincte de neuroni.
Știința prosperă prin schimb. Fie că este vorba de conferințe, simpozioane, apeluri Zoom sau vizite la alte institute de cercetare și universități, Irene Varela-Martínez are multe de spus despre acest aspect. În cadrul proiectului său de doctorat la Centro Nacional de Biotecnología (CNB-CSIC) din Madrid, în laboratorul coordonat de Marta Nieto, cercetătoarea a studiat cum se dezvoltă celulele stem neuronale în cortexul cerebral și cum formează grupuri diferite de celule nervoase. În timpul colectării datelor, a petrecut, de asemenea, timp (susținută de o bursă pe termen scurt EMBO) la Institutul de Știință și Tehnologie din Austria, în grupul lui Simon Hippenmeyer. O experiență de care își amintește cu plăcere și pe care acum o continuă ca cercetător postdoctoral la ISTA.
Rezultatele acestei lucrări au fost publicate în Science Advances și demonstrează că celulele precursor, diferit de ceea ce se credea anterior, se împart foarte devreme în două linii, generând astfel tipuri distincte de neuroni.
O parte din substanța cenușie
„E vremea să punem în mișcare substanța cenușie” sau „un pic de stimulare pentru substanța cenușie”: există multe expresii despre activarea creierului. O mare parte din această substanță cenușie este formată din cortexul cerebral – cea mai exterioară parte a creierului nostru. Aici, neuronii și celulele gliale sunt dens aranjate, având un rol enorm în atenție, percepție, conștiință, gândire, memorie și limbaj.
În cortexul cerebral, neuronii de proiecție – celule nervoase care „proiectează” sau trimit semnale pe distanțe mai lungi în regiunile creierului sau în sistemul nervos – pot fi împărțiți în două grupuri. Acestea includ neuronii de proiecție intra-telencefalică (IT-PNs) care stabilesc conexiuni cu alte zone ale cortexului cerebral, inclusiv cu emisfera cerebrală opusă. Celălalt grup este format din neuronii de proiecție extra-telencefalică (ET-PNs), care își trimit procesele în afara cortexului cerebral, de exemplu, spre măduva spinării.
Toți acești neuroni se nasc în timpul neurogenezei – faza de dezvoltare a celulelor nervoase. Până acum, însă, rămânea neclar cum „decid” celulele stem neuronale ce tip de neuron de proiecție să producă.
„Cortexul cerebral este format din șase straturi”, explică Varela-Martínez. „În timpul dezvoltării creierului, aceste straturi sunt populate treptat cu neuroni. Conform modelului ‘din interior spre exterior’, celulele nervoase corticale pentru straturile mai adânci apar primele, urmate de neuronii care se așează în straturi din ce în ce mai superficiale.” Aceasta a condus cercetătorii la a presupune că celulele stem neuronale generează mai întâi ET-PNs, care populează doar straturile adânci, și abia mai târziu încep să producă IT-PNs, care sunt concentrate în straturile superioare.
Cu toate acestea, lucrurile nu par a fi atât de simple. Primele rezultate obținute de Varela-Martínez și colegii săi au arătat că, în cazul șoarecilor, mai degrabă decât a urma un sistem temporal strict de trecere de la un subtip neuronal la altul, producția de ET-PNs și IT-PNs se suprapune parțial. Poate mai important, fiecare subtip urmează propriile dinamici neurogenice distincte.
Ramificații neuronale
Cu aceste rezultate, fosta studentă doctorand a venit în grupul Hippenmeyer ca scientist vizitator.
„Grupul are o mare expertiză în tehnica MADM, standardul de aur. Această metodă permite urmărirea precisă a diviziunii celulare în timpul dezvoltării neuronilor”, explică Varela-Martínez. „Cu ajutorul acesteia, celulele fiice pot fi vizibile – și mai mult, întregi liniile celulare și clonele celulare pot fi reconstruite.”
Folosind această tehnică, Varela-Martínez a început să caute cum cele două tipuri de celule, ET-PNs și IT-PNs, diferă în liniile lor de dezvoltare. Celulele gliale radiale au fost punctul de plecare – celule precursor neuronale din care se dezvoltă neuronii de proiecție ai cortexului cerebral.
Această analiză a liniilor de dezvoltare a arătat că există cel puțin două ramuri de dezvoltare care își au originea în paralel din aceste celule precursor și se separă una de cealaltă încă de la început. O ramură dă naștere exclusiv IT-PNs, în timp ce cealaltă produce atât ET-PNs, cât și IT-PNs. Această descoperire rafinează viziunea de lungă durată conform căreia progenitorii gliali radiali urmează un singur program de dezvoltare, generând mai întâi ET-PNs și ulterior IT-PNs.
Este important de menționat că producția celor două grupuri neuronale nu urmează aceleași dinamici de dezvoltare. În timp ce ET-PNs sunt generate în mici clustere care se epuizează devreme, liniile IT-PN constau din grupuri mai mari de neuroni, distribuiți pe toate straturile corticale. Aceasta explică de ce ET-PNs predomină devreme în dezvoltare, în timp ce neurogeneza ulterioară produce aproape exclusiv IT-PNs.
Per ansamblu, studiul sugerează că cortexul cerebral se construiește printr-un proces timpuriu de ramificare, în care diferite linii neuronale apar în paralel încă de la început.
Proiect nou la ISTA
Pentru aproape un an, Varela-Martínez a fost postdoc la ISTA. Deși cercetătorul rămâne dedicat cortexului cerebral, întrebarea pe care o investighează acum este diferită. Cercetătoarea încearcă să înțeleagă cum dimensiunea și complexitatea cortexului cerebral s-au schimbat de-a lungul evoluției.
Pentru aceasta, ea studiază modul în care programele de dezvoltare ale celulelor stem neuronale au evoluat pentru a genera un număr mai mare de neuroni.
„În evoluție, creierele au devenit mai mari și mai complexe”, explică Varela-Martínez. „Cum s-au adaptat celulele stem neuronale pentru a genera un număr tot mai mare de neuroni? Cum se realizează acest lucru la nivelul liniilor celulare?”
