miércoles, 28 de febrero de 2018

¿Genética o Medio Ambiente?



El análisis de células individuales revela un extenso panorama de cambios genéticos en el cerebro después de una experiencia sensorial




"La  expresión 'Naturaleza y Medio Ambiente' auna bajo dos conceptos distintos los innumerables elementos de que se compone la personalidad. La naturaleza es todo lo que un hombre trae consigo al mundo; Medio Ambiente es toda influencia externa que lo afecta después de su nacimiento." Francis Galton, primo de Charles Darwin, 1874.

¿Es la naturaleza o el medio ambiente  lo que finalmente da forma a un ser humano? ¿Las acciones y los comportamientos son el resultado de los genes o del medio ambiente? Las variaciones de estas preguntas han sido exploradas por innumerables filósofos y científicos a través de milenios. Sin embargo, a medida que los biólogos continúan comprendiendo mejor los mecanismos que subyacen a la función cerebral, es cada vez más evidente que esta dicotomía debatida durante tanto tiempo puede no ser ninguna dicotomía.



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IMAGEN:  Este es un barrido de neuronas de corteza cerebral etiquetadas
 con diferentes colores.
Por Lichman Lab. Harward University

En un estudio publicado en la revista Nature Neuroscience, neurocientíficos de la Facultad de Medicina de Harvard revelan cuán inexorablemente entrelazados están la naturaleza y el medio ambiente en el cerebro del ratón. Utilizando nuevas tecnologías desarrolladas en Harvard, el equipo analizó cómo una única experiencia sensorial afecta la expresión génica en el cerebro mediante el análisis de más de 114,000 células individuales en la corteza visual del ratón antes y después de la exposición a la luz.

Sus hallazgos revelaron un paisaje rico y diverso de cambios en la expresión génica en todos los tipos de células, involucrando 611 genes diferentes, muchos vinculados a la conectividad neuronal y la capacidad del cerebro para reconectarse en el proceso de aprendizaje y adaptación.

Los resultados ofrecen información sobre cómo las ráfagas de actividad neuronal que duran solo milisegundos desencadenan cambios duraderos en el cerebro y abren nuevos campos de exploración para comprender cómo funciona el cerebro.

"Lo que encontramos es, en cierto sentido, sorprendente. En respuesta a la estimulación visual, prácticamente todas las células de la corteza visual responden de una manera diferente", según el coautor Michael Greenberg. "Esto en esencia responde a la pregunta largamente formulada sobre la naturaleza y el medio ambiente: ¿son los genes o el medio ambiente? Son ambos, y así es como se unen"


Desvelando el proceso


Los neurocientíficos han sabido que los estímulos (experiencias sensoriales como el tacto o el sonido, los cambios metabólicos, las lesiones y otras experiencias ambientales) pueden desencadenar la activación de programas genéticos en el cerebro.

Compuesto por una amplia gama de diferentes células, el cerebro depende de una compleja orquesta de funciones celulares para llevar a cabo sus tareas. Los científicos han buscado durante mucho tiempo comprender cómo las células individuales responden a diversos estímulos. Sin embargo, debido a limitaciones tecnológicas, los estudios genéticos previos se centraron principalmente en poblaciones mixtas de células, oscureciendo los matices críticos en el comportamiento celular.

Para construir una imagen más completa, los investigadores dejaron a los  ratones en total oscuridad para calmar la corteza visual, el área del cerebro que controla la visión. Luego expusieron a los ratones a un haz de luz y estudiaron cómo afectaba a los genes dentro del cerebro visual. Utilizando la tecnología desarrollada por el laboratorio de Klein conocida como inDrops, rastrearon qué genes se activaron o desactivaron en decenas de miles de células individuales antes y después de la exposición a la luz.

El equipo encontró cambios significativos en la expresión génica después de la exposición a la luz en todos los tipos de células en la corteza visual, tanto neuronas como, inesperadamente, células no neuronales como astrocitos, macrófagos y células musculares que recubren los vasos sanguíneos en el cerebro.

Aproximadamente del 50 al 70 por ciento de las neuronas excitatorias, por ejemplo, exhibieron cambios independientemente de su ubicación o función. Sorprendentemente, dijeron los autores, una gran proporción de células no neuronales, casi la mitad de todos los astrocitos, por ejemplo, también exhibió cambios. El equipo identificó miles de genes con patrones de expresión alterados después de la exposición a la luz, y 611 genes que tenían al menos el doble de aumentos o disminuciones.

Muchos de estos genes se han relacionado previamente con la remodelación estructural en el cerebro, lo que sugiere que prácticamente toda la corteza visual, incluidas las células de tipos musculares y vasculares, pueden someterse a un recableado controlado genéticamente en respuesta a una experiencia sensorial.

Estos resultados podrían ser la respuesta a la  controversia entre los neurocientíficos sobre si la expresión génica podría controlar funcionalmente la plasticidad o la conectividad entre las neuronas. "Creo que nuestro estudio sugiere que este es el caso, y que cada célula tiene un programa genético único que define  la función de esta célula determinada dentro de un circuito neuronal", según Greenberg.


Una mina de preguntas


Estos hallazgos abren una amplia gama de posibilidades para su posterior estudio, dijeron los autores de la investigación. Por ejemplo, cómo los programas genéticos afectan la función de tipos celulares específicos, cómo varían a lo largo de la vida y cómo la disfunción en estos programas podría contribuir a la enfermedad, lo que podría ayudar a los científicos a aprender más sobre el funcionamiento fundamental del cerebro.

"La experiencia y los estímulos ambientales parecen afectar casi constantemente la expresión génica y la función en todo el cerebro. Esto puede ayudarnos a comprender cómo procesos tales como el aprendizaje y la formación de memoria, que requieren cambios a largo plazo en el cerebro, surgen de los cortos estallidos de actividad eléctrica a través de la cual las neuronas se comunican entre sí ", según Greenberg.

Un área de investigación especialmente interesante, según Greenberg, incluye los elementos reguladores que controlan la expresión de genes en respuesta a la experiencia sensorial. En un artículo publicado en la revista  Molecular Cell, se exploraba la actividad del complejo de proteínas FOS / JUN, que se expresa a través de diferentes tipos de células en el cerebro, pero parece regular programas únicos en cada tipo de célula.

Identificar los elementos reguladores que controlan la expresión génica es fundamental porque pueden explicar las diferencias en la función cerebral de un ser humano a otro, y también pueden ser la base de trastornos como el autismo, la esquizofrenia y la enfermedad bipolar, según los investigadores.

"Estamos sentados en una mina de oro de preguntas que pueden ayudarnos a comprender mejor cómo funciona el cerebro", según  Greenberg. "Y hay todo un campo de exploración a la espera de ser explotado".


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