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Entender los elementos básicos celulares del cerebro, incluyendo el número y la diversidad de tipos de células, es un paso fundamental hacia la comprensión de la función cerebral. Investigadores del Instituto Allen para la Ciencia del Cerebro, en Seattle, Estados Unidos, han creado una taxonomía detallada de las células en la corteza visual del ratón sobre la base de la expresión de genes de una sola célula, identificando 49 tipos distintos de células en la mayor colección de neuronas corticales adultas individuales que se caracterizan por la expresión génica publicada hasta la fecha.
El estudio de cualquier sistema requiere saber de qué está hecho el sistema dice Bosiljka Tasic, investigadora asistente en el Instituto Allen para la Ciencia del Cerebro. Hay muchas maneras de definir los bloques de construcción celulares del cerebro. Nuestro enfoque se centró en mirar todos los genes que se expresan en las células individuales en la corteza visual del ratón y utilizan esa información para clasificar las células, añade esta científica.
El equipo, cuyos hallazgos se revelan en la edición digital de este mes de la revista Nature Neuroscience, desarrolló una técnica para aislar células individuales del cerebro del ratón adulto y, a continuación, obtener los datos de expresión de genes en todo el genoma de estas células individuales. Cada célula expresa miles de genes, haciendo del problema de clasificación celular una enorme tarea computacional.
En un principio, el problema de la clasificación de las células es como clasificar bolos en la oscuridad, dice Vilas Menon, científico en el Instituto Allen para la Ciencia del Cerebro. Con los datos de expresión de genes de una sola célula, podemos obtener el equivalente de color, o el tipo, pero todavía tenemos que extraerlo del conjunto de datos a gran escala. En última instancia, queríamos averiguar cuántos tipos hay en un forma imparcial, basada en datos, detalla.
El equipo empló técnicas de computación de reducción de dimensión, la cual colapsa los genes con similares patrones de expresión en conjuntos de genes. Cuando se analizaron las células individuales mediante la agrupación en este espacio dimensional inferior, 49 grupos distintos parecían basarse en combinaciones únicas de genes que expresan, incluyendo 42 tipos de células neuronales y siete tipos no neuronales.
Nuestra corteza humana es lo que da origen a nuestros pensamientos y percepciones únicas, dice Christof Koch, presidente y director científico del Instituto Allen para la Ciencia del Cerebro. Contar con este tipo de análisis objetivo de los tipos de células en esta región del cerebro es una pieza básica de entendimiento que necesitamos y proporciona una base para mirar otras regiones del cerebro del ratón y también en el cerebro humano, destaca.
Los datos de este enfoque único de análisis de células están de acuerdo con y complementan el Atlas Cerebral Allen: un amplio atlas cerebral de expresión génica del cerebro del ratón. Nuestra unidad de análisis fue una sola célula y todos los genes dentro de cada célula, pero en nuestro proceso, perdimos la información espacial, dice Tasic.
Pero entonces, fuimos capaces de utilizar nuestro Altas Cerebral Allen, que tiene un amplio análisis cerebral de cada gen, un gen cada vez a una resolución celular, para localizar con mayor precisión cada tipo de célula. Nuestro trabajo es un paso más hacia la asignación de genes a tipos celulares específicos y luego ayudar a investigar qué hacen estos genes, cómo trabajan juntos y la forma en que, en última instancia, hacen de nuestros sistemas nerviosos y nosotros lo que somos, detalla.
Categorizar las células en la corteza visual en estos tipos distintos que están marcados por genes específicos nos permitirá comenzar a comprender qué hacen estas células y tipos en el cerebro, dice Hongkui Zeng, investigador de Células y Circuitos Genéticos en el Instituto Allen para la Ciencia del Cerebro.
A continuación, se puede estudiar cómo la expresión de genes se correlaciona con las propiedades anatómicas, fisiológicas y funcionales de las células, cómo estos tipos de células se conectan entre sí y cómo funcionan juntos para procesar y dar sentido a la información visual que recibe el cerebro del mundo exterior. De esta manera, se podrá arrojar luz sobre el funcionamiento interno del cerebro, concluye.
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