Combinación de mutaciones: Después de 40 días de desarrollo, los organoides cerebrales se caracterizan por células precursoras de interneuronas (verde, fila superior; puntos brillantes, fila del medio) y células precursoras de oligodendrocitos (rojas, fila superior; puntos brillantes, fila inferior). Las mutaciones ARID1B (columna central y derecha) hacen que más células se conviertan en precursores tempranos de oligodendrocitos, en comparación con los organoides de control (columna izquierda).
a Nueva tecnología de detección genética Revela cómo decenas de mutaciones relacionadas con el autismo alteran el destino de las células cerebrales en desarrollo en los organoides.
“Queríamos encontrar pasos en el desarrollo del cerebro que sean particularmente vulnerables” a las mutaciones genéticas asociadas con el autismo, dice el co-investigador principal Jürgen Knoblichprofesor de biología sintética en la Universidad Médica de Viena en Austria.
Este enfoque se basa en la tecnología del Grupo de Investigación Noblich. desarrollado En 2020, examinar genes asociados con la microcefalia por su capacidad para alterar el crecimiento celular. En ese estudio, el equipo utilizó CRISPR para crear un conjunto de mutaciones genéticas en células madre humanas, cultivó cada célula madre hasta convertirla en un organoide y utilizó códigos de barras genéticos únicos para rastrear las mutaciones que se acumulaban en cada célula.
En su nuevo trabajo, publicado en septiembre en naturalezaEl equipo utilizó un enfoque similar para generar organoides humanos que portan mutaciones en 36 genes fuertemente relacionados con el autismo. Cada célula de orgánulo en mosaico contiene una mutación.
“Esta es la primera vez que veo tantos genes examinados a la vez en el mismo modelo”, dice. Flora Vaccarino, profesor de neurociencia en la Universidad de Yale, que no participó en este estudio. “Es realmente increíble.”
Después de que los organismos crecieron durante cuatro meses y acumularon miles de células con cada mutación, Knoblich y sus colegas utilizaron la secuenciación de ARN unicelular para medir la abundancia de tipos de células individuales.
CLos organoides orales suelen desarrollar una mezcla de neuronas y células gliales dispuestas en capas que se asemejan a las que se ven en la corteza cerebral humana. Los investigadores encontraron que las mutaciones en 24 de los 36 genes cambiaron la proporción de neuronas excitadoras e interneuronas inhibidoras. Aproximadamente un tercio de las mutaciones redujeron la cantidad de células progenitoras mesenquimales, que dan lugar a neuronas excitadoras en las capas corticales y se cree que son importantes para integrar información en las regiones del cerebro.
“Esta cuestión de desequilibrio parece ser el denominador común en la patogénesis del trastorno del espectro autista”, dice Vaccarino.
Mutaciones en un gen en particular, ARID1BEstos resultados, dice Knoblich, han producido uno de los “hallazgos más sólidos e interesantes” en organismos. Las mutaciones ARID1B hacen que más células de lo normal se conviertan en precursores de oligodendrocitos, lo que Generando aislamiento eléctrico alrededor de las neuronas y se ha relacionado con el autismo.
El estudio demostró que los organoides cerebrales derivados de dos personas con mutaciones ARID1B mostraron el mismo aumento atípico en precursores de oligodendrocitos que los organoides diseñados con CRISPR. “Hemos pasado del análisis genético al reclutamiento de pacientes que ya tienen esta mutación, y estoy muy orgulloso de haber podido avanzar con esto”, dice Knoblich.
Replicar los hallazgos de ARID1B en organoides de origen humano fue un primer paso hacia la validación de la traducción de los hallazgos del estudio al cerebro humano, dice Knoblich. Vaccarino añade que las investigaciones futuras deberían continuar examinando a más personas que tienen una variedad de otras mutaciones genéticas asociadas con el autismo.
Los 36 genes en los que se centró el equipo de Noblich están relacionados con la regulación transcripcional, controlando cómo las células responden a las señales dentro y fuera de la célula. Pero muchos otros genes vinculados al autismo están relacionados con la formación y el mantenimiento de conexiones entre neuronas.
El nuevo enfoque puede abordar no sólo este conjunto de genes, sino muchos otros, afirma Knoblich. “Es una tecnología muy versátil. Podemos poner cualquier lista de genes en el sistema y utilizarlos en cualquier organoide”.
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