Els reguladors observats per investigadors de l’Institut de Neurociències (CSIC-UMH) són clau per a entendre les trajectòries seguides pels axons per a aconseguir el seu destí.
Una investigació de l’Institut de Neurociències (IN), centre mixt del Consell Superior d’Investigacions Científiques (CSIC) i de la Universitat Miguel Hernández (UMH), ha identificat diverses dotzenes de nous reguladors implicats a orientar als axons perquè aconseguisquen les neurones amb les quals han de connectar-se. Aquest procés és essencial en la formació dels circuits o xarxes neuronals durant el desenvolupament del sistema nerviós. Per això, el treball publicat en Advanced Science és clau per a conéixer un procés les alteracions del qual puguen generar al llarg de la vida trastorns neurològics i defectes congènits.
Per al perfecte desenvolupament i funcionament del cervell adult és essencial que els axons dels diferents tipus de neurones que integren el sistema nerviós cresquen i es dirigisquen cap als llocs en els quals establiran sinapsis amb altres neurones. Fins ara, la majoria de les molècules que se sabia que participaven en aquest procés eren proteïnes de senyalització que indiquen als axons per on poden navegar en el cervell en desenvolupament i per on no, o quan han de girar en el seu camí per a connectar-se amb altres neurones. No obstant això, a penes s’havien identificat factors de transcripció directament implicats en la regulació d’aquestes molècules de senyalització que marquen la trajectòria dels axons fins al seu destí final.
Ara, el treball de l’IN (CSIC-UMH) liderat per Eloísa Herrera, en col·laboració amb Ángel Barco, que compta amb una ajuda de la convocatòria CaixaResearch d’Investigació en Salut de Fundació “la Caixa”, ha ampliat el nombre de molècules reguladores implicades en aquest procés mitjançant l’anàlisi de dues subpoblaciones de cèl·lules de la retina, denominades ganglionars. Aquestes cèl·lules, encara que tenen funcions equivalents en el processament de la informació visual, difereixen en la trajectòria que segueixen els seus axons en el seu viatge cap a estructures del cervell com el tàlem o el colículo superior. Gràcies a aqueixes diferents trajectòries, el cervell pot processar les imatges rebudes de cada ull i generar la visió en 3D.
El camí dels axons
Les cèl·lules ganglionars de la retina projecten els seus axons cap a dues rutes diferents: a l’hemisferi cerebral del mateix costat de l’ull del qual parteixen (cèl·lules ganglionars ipsilaterals), o bé a l’hemisferi contrari (cèl·lules ganglionars contralaterals); creuant en aquest cas una estructura amb forma de X denominada quiasma òptic, que serveix d’encreuament de camins per als axons visuals. Els axons de les neurones situades en la zona de la retina més pròxima al nas travessen la línia mitjana pel quiasma òptic projectant en l’hemisferi oposat, mentre que la resta d’axons evita la línia mitjana a nivell del quiasma òptic per a projectar al mateix costat del cervell del qual parteixen. Precisament, entre els nous gens identificats en aquest estudi, destaca gamma-sinucleína com a element essencial per a induir l’encreuament de la línia mitjana.
“Aquesta decisió binària dels axons visuals de creuar o no la línia mitjana en el quiasma òptic és essencial per a percebre el món en 3D i representa un excel·lent paradigma per a investigar els mecanismes que permeten la connexió de les neurones visuals amb altres neurones distants al cervell durant el desenvolupament embrionari tardà. Per a trobar nous mecanismes reguladors implicats en la definició de la trajectòria axonal, realitzem una anàlisi multiòmic comparant els perfils d’expressió gènica (el transcriptoma) i l’ocupació de la cromatina en les neurones de la retina, que projecten a l’hemisferi cerebral ipsilateral i al contralateral”, assenyala Eloísa Herrera.
Encara que en les últimes tres dècades s’han identificat nombroses proteïnes que regulen la guia axonal, els mecanismes epigenètics i transcripcionals que controlen la seua expressió continuaven sent poc coneguts. “Els nostres resultats demostren que els nous reguladors de la guia de la trajectòria dels axons identificats operen en contextos diferents i obrin noves vies d’investigació”, ressalta la investigadora.
Anàlisi multiòmic
L’anàlisi multiómic de les dues subpoblacions de neurones de la retina utilitzades en aquesta investigació, en diferir només en la trajectòria que segueixen els seus axons, ha estat clau per a trobar nous gens que codifiquen proteïnes no implicades anteriorment en la guia d’axons. Particularment interessant resulta la identificació de nous factors de transcripció implicats en aquest procés, ja que són aquestes proteïnes les que controlen l’expressió d’altres gens unint-se a seqüències específiques de l’ADN i determinant on i quan han d’activar-se o reprimir-se.
“En resum, les nostres anàlisis han portat a la identificació de dotzenes de nous gens potencialment implicats en la selecció de les trajectòries axonals. Aquests resultats obrin la porta a enfocaments terapèutics innovadors destinats a restaurar els circuits neuronals danyats”, conclou Herrera.
Referència:
Marta Fernández-Nogales, Maria Teresa López-Cascales, Verónica Murcia-Belmonte, Augusto Escalante, Jordi Fernández-Albert, Rafael Muñoz-Viana, Angel Barco, and Eloísa Herrera. Multiomic Analysis of Neurons with Divergent Projection Patterns Identifies Novel Regulators of Axon Pathfinding. Advanced Science. DOI: 10.1002/advs.202200615.
Per al desenvolupament del cervell és essencial que els axons de les neurones es dirigisquen cap a on establiran sinapsis amb altres neurones. Crèdits: Pixabay