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norteo dos cerebros son iguales. Esto es bien conocido en la vida y la ciencia, pero por qué los cerebros se desarrollan de manera divergente en el trastorno del espectro autista (TEA) es un misterio que persiste en la investigación en neurobiología. Muchos estudios genéticos indican que el TEA probablemente surge temprano durante las etapas fetales del desarrollo.1 Sin embargo, los investigadores todavía están intentando conectar la genética con las trayectorias celulares que divergen durante el desarrollo del TEA.

Estamos tomando una lista de genes que están implicados en el autismo y queremos saber para todos y cada uno de ellos, ¿cómo afecta el linaje del cerebro humano?
-Jürgen Knoblich, Instituto de Biotecnología Molecular de Viena

Ahora, en un trabajo publicado en Naturalezalos investigadores crearon un sistema de alteración genética específico de organoides llamado CRISPR-organoides humanos-secuenciación de ARN unicelular (ELEGIR) para examinar 36 genes reguladores transcripcionales con conexiones seguras con el TEA.2,3 Al perturbar genes mediante la edición CRISPR y examinar el desarrollo de organoides, los investigadores vincularon factores de riesgo genéticos conocidos con vías de desarrollo que aún deben explorarse en el TEA.

“Hay décadas de literatura médica que elabora listas de genes que causan trastornos cerebrales”, afirmó el neurocientífico y genetista Jürgen Knoblich quien investiga el desarrollo del cerebro en el Instituto de Biotecnología Molecular de Viena y es uno de los autores del estudio. «Estamos tomando una lista de genes implicados en el autismo y queremos saber para todos y cada uno de ellos, ¿cómo afecta el linaje del cerebro humano?»

Para establecer un sistema organoide para la perturbación CRISPR, los investigadores reunieron una biblioteca de ARN guía dirigidos a genes del TEA en células madre y monitorearon cómo esas células madre se convertían en minicerebros después de la edición de genes. Knoblich y su equipo realizaron análisis multiómicos para comparar organoides activos y inactivos de CRISPR, determinando cómo cada gen influía en el destino celular. «No todos los genes dan un fenotipo en cada tipo de análisis, pero cada gen da un fenotipo en al menos uno de ellos», dijo Knoblich. «Podemos asignar un fenotipo de pérdida de función a cada uno de estos genes, y esta integridad es el valor».

Los investigadores demostraron que la alteración de los genes del TEA con CRISPR cambió varias vías del destino celular en los organoides telencefálicos, que modelan los linajes de tipos celulares que se encuentran en la mayor parte del cerebro en desarrollo. Identificaron qué células progenitoras y neuronas se encontraban entre los tipos de células más vulnerables a la perturbación genética. Los investigadores también se centraron en un papel potencial de los linajes de células de oligodendrocitos en los trastornos del desarrollo neurológico mediados por la ARID1B gene.

Mutaciones en ARID1B Puede causar discapacidad intelectual y TEA. Los investigadores modelaron cambios de desarrollo específicos de cada paciente mediante el cultivo de organoides con células madre pluripotentes inducidas derivadas de dos pacientes distintos con ARID1B mutaciones. Similar a ARID1B-Células perturbadas en la pantalla ELEGIR, los organoides derivados de pacientes mostraron un aumento de linajes de oligodendrocitos. Cuando los investigadores observaron los datos de resonancia magnética de súper resolución intrauterina de uno de los pacientes, notaron que una región del cerebro llamada eminencia ganglionar estaba agrandada, lo que concuerda con ARID1B alteración que afecta el destino celular.

“Hacer un examen genético, seleccionar un gen interesante, volver atrás y reclutar pacientes que tienen mutaciones, verificar lo que se encontró en el examen y luego incluso hacer una predicción sobre cómo debería verse el cerebro y verificarlo con una resonancia magnética prenatal, me «Creo que esto va muy, muy lejos en todo el análisis», dijo Knoblich. «Estoy muy orgulloso de que esto ahora sea posible en un cerebro humano».

El trabajo de Knoblich forma parte de una colección de estudios recientes que utilizan CRISPR, cultivos 3D y análisis unicelulares para dilucidar la red reguladora de genes del desarrollo en el cerebro, incluyendo Naturaleza publicaciones de equipos separados dirigidos por biólogos del desarrollo neurológico Paola Arlotta de la Universidad de Harvard y Sergiu Pașca de la Universidad de Stanford, que también investigó los genes de riesgo de TEA.4,5 Estos estudios son cruciales para ubicar el riesgo genético dentro del contexto biológico. «La función biológica y la comprensión de estos genes de riesgo relacionados con el autismo no se comprenden realmente bien y este es uno de los estudios destinados a comprender cómo funcionan estos genes de riesgo», dijo Guo-Li Mingneurobiólogo de la Universidad de Pensilvania que no participó en este trabajo.

Al construir organoides cerebrales y mapear los destinos de las células individuales, Knoblich y su equipo de investigación conectaron genética bien establecida con vías de desarrollo consideradas de manera menos integral. Sus hallazgos también conducen el campo hacia caminos de investigación no transitados, como la investigación del linaje de oligodendrocitos favorecido por ARID1B ruptura. «Ese es un aspecto interesante que creo que no ha sido demostrado en estudios anteriores», dijo Ming. «Creo que esto es algo que apunta hacia una nueva dirección».

Referencias

  1. Zhou Y, et al. Genética del desarrollo del cerebro humano.. Nat Rev Genet. 2024;25(1):26-45.
  2. Li C, et al. La detección de organoides cerebrales unicelulares identifica defectos del desarrollo en el autismo. Naturaleza. 2023;621(7978):373-80.
  3. Dixit A, et al. Perturb-Seq: disección de circuitos moleculares con perfiles de ARN unicelulares escalables de pantallas genéticas agrupadas. Celúla. 2016;167(7):1853-1866.e17.
  4. Paulsen B, et al. Los genes del autismo convergen en el desarrollo asincrónico de clases de neuronas compartidas. Naturaleza. 2022;602(7896):268-73.
  5. Meng X, et al. Las pantallas CRISPR ensambladas revelan el impacto de los genes de enfermedades en el neurodesarrollo humano. Naturaleza. 2023;622(7982):359-66.