Por sus funciones y su relación con distintas dolencias, los ganglios basales ofrecen un punto de partida privilegiado para cartografiar el cerebro con un nivel de detalle inédito. Un consorcio internacional de científicos publicó este jueves el primer atlas célula por célula de esta región en humanos y en otros tres mamíferos: macacos, monos titíes y ratones. Se trata del mapa multiespecie más amplio realizado hasta ahora sobre los ganglios basales. Sus autores esperan que permita comprender mejor tanto el funcionamiento normal del cerebro como las enfermedades que lo afectan.
Una de las grandes aspiraciones de la neurología es identificar qué células y regiones cerebrales participan en cada enfermedad mental. El nuevo atlas constituye el catálogo más extenso de tipos celulares de los ganglios basales y representa un avance hacia un mapa integral de todas las células del cerebro humano, que contiene más de 85.000 millones de neuronas y billones de conexiones.
“Un diagnóstico de esquizofrenia o trastorno bipolar continúa siendo una condena devastadora para toda la vida; las personas con enfermedades neurodegenerativas también sufren enormemente y, por desgracia, mueren de forma prematura a causa de ellas”, afirma Evan Macosko, profesor asociado de Psiquiatría y Neurobiología en la Facultad de Medicina de Harvard y coautor del atlas. “Esta región del cerebro es la gran estación central de las enfermedades cerebrales de ambos ámbitos”, añade.
El equipo caracterizó 25,5 millones de células: 21 millones de cerebros humanos, tres millones de macacos cangrejeros y 1,5 millones de monos titíes. Los resultados aparecieron ayer en una serie de 26 estudios publicados en distintas revistas científicas de un mismo grupo editorial.
El atlas se suma a mapas previos de la corteza cerebral humana y a un primer esquema completo del encéfalo. Su principal novedad es que no se limita a registrar qué genes están activos en cada célula: también estudia los mecanismos epigenéticos que regulan esos genes, la forma de las células, su ubicación precisa en el cerebro y su actividad eléctrica.
La investigación es la nueva entrega del megaproyecto Cerebro, creado en Estados Unidos en 2014, que recibió hasta ahora unos 750 millones de dólares y busca elaborar un inventario completo de los tipos celulares del cerebro humano. “Para entender lo que ocurre realmente en el cerebro necesitamos una lista precisa de los tipos de células y estudiar la expresión de los genes en cada uno de ellos”, explica Hongkui Zeng, vicepresidenta ejecutiva y directora de Neurociencia del Instituto Allen, una de las principales instituciones a cargo del proyecto. Cientos de científicos de nueve países y 50 instituciones académicas participaron en el atlas.
Entre los hallazgos figura un nuevo tipo de célula cerebral asociado con la esquizofrenia y el trastorno bipolar. El estudio subraya la relevancia de esta neurona, poco frecuente, que expresa el receptor de serotonina HTR7 y está vinculada con un mayor riesgo de esquizofrenia. Los resultados permiten seguir las señales genéticas de la enfermedad hasta las células involucradas, un avance que podría facilitar su estudio y, en el futuro, permitir tratamientos selectivos.
Otro trabajo presenta una nueva versión de una terapia génica ya disponible, destinada a reducir los temblores característicos del párkinson. En modelos animales, el método fue más eficaz y menos invasivo que los tratamientos que se aplican actualmente a las personas.
Un equipo de la Universidad de California en San Francisco encontró cambios genéticos importantes en ciertos tipos de células de los ganglios basales que podrían intervenir en el autismo. El hallazgo podría contribuir tanto al desarrollo de tratamientos como a una comprensión más profunda del trastorno neurológico.
Varios estudios examinan cómo cambia el cerebro con la edad y de qué manera esos cambios pueden servir para medir su envejecimiento. Investigadores del Instituto Broad identificaron modificaciones generalizadas en la expresión de genes asociadas con la edad, que afectan de forma particular a distintos tipos celulares. A partir de esos patrones de expresión génica, es posible estimar la edad de una persona.
Otro estudio muestra que las proporciones de los tipos celulares del cuerpo estriado, la estructura más grande de los ganglios basales, difieren considerablemente entre personas. Para analizarlo, los investigadores secuenciaron el ARN de núcleos individuales de cuatro millones de células del cuerpo estriado y la corteza prefrontal, obtenidas de cerca de 200 cerebros de adultos fallecidos.
Los resultados indican que la proporción de cada tipo celular se mantiene relativamente estable entre distintos tejidos cerebrales de una misma persona, pero la composición celular presenta diferencias notables entre individuos. Las variaciones son especialmente marcadas en células no neuronales, como los astrocitos y la microglía. El equipo también detectó cambios relacionados con la edad en todas las regiones examinadas. Por ejemplo, la cantidad de un tipo celular llamado progenitor de oligodendrocitos cae un 40% entre los 30 y los 80 años.
El neurobiólogo español Rafael Yuste, investigador de la Universidad de Columbia, en Nueva York, fue uno de los impulsores del proyecto Cerebro. Aunque la iniciativa ya había producido otros atlas, señaló que este es “el más exhaustivo, y el consorcio responsable es mayor que en otras ocasiones”. Yuste destacó la importancia de identificar todos los tipos celulares del cerebro, una tarea que, según dijo, “fue el sueño de Santiago Ramón y Cajal”. El médico español recibió el Nobel de Medicina en 1906 por descubrir la estructura del cerebro y del resto del sistema nervioso, formado por distintos tipos de neuronas. Parte de sus investigaciones se enfocó en el estriado, la mayor estructura de los ganglios basales.
“Los ganglios basales son una parte compleja del cerebro, con un circuitaje neuronal endemoniado y que todavía se entiende poco”, reconoce Yuste. “A pesar de esto tienen una importancia vital en nuestro comportamiento, posiblemente escogiendo las acciones que queremos realizar y suprimiendo otras, e inyectando dopamina en otras partes del cerebro para mediar cambios conductuales”, agrega.
La bióloga Ana Belén Muñoz Manchado, de la Universidad de Cádiz, señaló que los ganglios basales son “una de esas estructuras donde la neurología y la psiquiatría, que solemos tratar como campos separados, resultan estar mirando el mismo circuito”. También sostuvo que “lo valioso de este atlas no es solo el censo celular, que también, sino la infraestructura”. Hasta ahora, explicó, cada laboratorio asignaba sus propios nombres a los tipos celulares, lo que dificultaba mucho comparar estudios. El atlas propone un vocabulario común: cada tipo celular recibe el mismo nombre en humanos, macacos, titíes y ratones. Además, aporta distintas capas de información sobre cada tipo, para facilitar su identificación en otros laboratorios.
“Estamos en un momento en el que, por primera vez, tenemos tecnología y herramientas capaces de responder preguntas sobre el sistema nervioso que llevaban décadas sin respuesta”, concluyó.
