Un grupo de científicos de Singapur ha descubierto una novedosa vía para despertar células madre neurales latentes, lo que ofrece nuevas terapias potenciales para trastornos del neurodesarrollo como el autismo, las dificultades de aprendizaje y la parálisis cerebral.
Investigadores de la Facultad de Medicina Duke-NUS y del Instituto de Mecanobiología de la Universidad Nacional de Singapur han llevado a cabo este estudio que ha sido publicado en la revista 'Science Advance.
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En el cerebro adulto de los mamíferos, la mayoría de las células madre neurales, que se originan en el sistema nervioso y pueden convertirse en diversos tipos de células cerebrales, permanecen inactivas hasta que reciben señales específicas que las activan. Una vez despiertas, producen nuevas neuronas que contribuyen a la reparación y el crecimiento del cerebro.
Los defectos en la activación de las células madre neurales se asocian al deterioro cognitivo relacionado con el envejecimiento y a trastornos del neurodesarrollo como la microcefalia, una afección en la que la cabeza de un bebé es mucho más pequeña de lo esperado porque su cerebro no se ha desarrollado correctamente.
Los trastornos del neurodesarrollo afectan a alrededor del 5 por ciento de los niños y adolescentes de todo el mundo y provocan alteraciones en la cognición, la comunicación, el comportamiento adaptativo y la psicomotricidad.
Para estudiar esta activación, los científicos recurrieron a la 'Drosophila' o mosca de la fruta. Al igual que en los mamíferos, las células madre neurales de la mosca de la fruta permanecen latentes hasta que se despiertan.
Sus hallazgos muestran que un tipo de célula glial llamada astrocito -que tradicionalmente se ha considerado que proporciona apoyo estructural y nutricional- es importante para despertar las células madre neurales latentes en el cerebro de las moscas de la fruta.
Mediante microscopía de superresolución con una potencia de aumento 10 veces superior, el equipo de científicos examinó las diminutas estructuras de fibra que caracterizan a las células madre neurales latentes de las moscas de la fruta.
Estas finas estructuras, 20 veces más pequeñas que el diámetro de un cabello humano, son protuberancias que se extienden desde el cuerpo celular, y son ricas en actina o filamentos proteicos. Un tipo específico de proteína formina puede activar estos filamentos y provocar su ensamblaje.
"Decidimos centrarnos en esta vía porque las variantes en los niveles de formina se asocian a trastornos del neurodesarrollo como la microcefalia en humanos. Comprender esta vía podría aportar nuevos conocimientos para desarrollar soluciones al tratamiento de los trastornos del neurodesarrollo", ha explicado el doctor Lin Kun Yang, primer autor del estudio.
Los científicos observaron que los astrocitos liberan un tipo de proteína de señalización denominada gastrulación plegada o fog, que desencadena una reacción en cadena que incluye la activación de la vía de la proteína formin para controlar el movimiento de los filamentos de actina. En última instancia, estos procesos despiertan a las células madre neurales de su estado latente. Entonces empiezan a dividirse, creando nuevas neuronas que contribuyen a la reparación y el desarrollo del cerebro.
La proteína receptora denominada GPCR en las células madre neurales responde entonces a la niebla secretada por los astrocitos, activando la vía de señalización que controla la formación de filamentos de actina en las células madre neurales. Los GPCR desempeñan papeles importantes en procesos celulares fundamentales.
NUEVA VÍA PARA AVANZAR EN TERAPIAS
Como consecuencia, la familia de proteínas GPCR se ha convertido en una importante diana farmacológica para el tratamiento de diversas enfermedades humanas: el 34 por ciento de los fármacos aprobados por la la Agencia Americana del Medicamento (FDA) se dirigen a esta familia de proteínas. Por lo tanto, entender cómo esta vía de señalización controla la reactivación de las células madre neurales puede proporcionar una estrategia potencial para utilizar los fármacos existentes en el tratamiento de los trastornos del neurodesarrollo.
"Nuestros hallazgos añaden nuevos conocimientos al limitado corpus de investigación sobre los mecanismos que rigen la reactivación de las células madre neurales latentes. Con nuestro descubrimiento de que los astrocitos son un actor clave en la reactivación de las células madre neurales, disponemos ahora de una nueva forma de influir en el comportamiento de las células madre neurales", ha destacado el profesor Wang Hongyan, director en funciones del Programa de Investigación en Neurociencias y Trastornos del Comportamiento de Duke-NUS y autor principal del estudio.
"Esto no sólo hace avanzar nuestra comprensión fundamental de cómo influyen los astrocitos en el desarrollo de las células cerebrales, sino que también abre nuevas vías para avanzar en las terapias de los trastornos neurológicos, el envejecimiento cerebral y las lesiones", ha señalado el profesor Patrick Tan, vicedecano principal de Investigación de Duke-NUS.
Los científicos investigan actualmente otras señales de los astrocitos que podrían influir en la actividad de las células madre neurales. También tienen previsto estudiar si intervienen mecanismos similares en el desarrollo del cerebro humano.
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