L'estudi, publicat en Nature Neuroscience, revela que les neurones sensorials i les relacionades amb funcions motores i associatives seguixen trajectòries de desenvolupament diferents des d'etapes primerenques. A més, els investigadors identifiquen el gen Sp9 com un regulador essencial perquè les neurones visuals adquirisquen correctament la seua identitat.
El tálem és una estructura clau del cervell que no només transmet informació a la cortesa cerebral, sinó que també integra senyals procedents dels sentits i participa en l'organització dels mapes sensorials. El laboratori Desenvolupament, Plasticitat i Reprogramació de Circuits Sensorials, que lidera la investigadora Guillermina López Bendito en l'Institut de Neurociències, ubicat al campus de Sant Joan d’Alacant de la UMH, ha contribuït a desvelar este paper actiu del tálem al llarg dels últims anys.
Esta regió està formada per diferents nuclis, amb grups de neurones especialitzades en funcions sensorials, motores i associatives. No obstant això, encara queden preguntes sobre com es formen durant el desenvolupament embrionari i què determina la identitat de les seues neurones. En este estudi, la col·laboració amb l'investigador José López Atalaya, director del laboratori Plasticitat Cel·lular i Neuropatologia, integrat també en l'Institut de Neurociències, ha permés reconstruir les trajectòries d'estes cèl·lules i identificar els programes genètics que intervenen en la seua diferenciació.
Per a estudiar com es formen els diferents tipus de neurones del tálem, l'equip va analitzar cèl·lules individuals del cervell embrionari de ratolí en diferents etapes del desenvolupament. Este mapa del tálem els ha permés seguir la trajectòria de milers de neurones des de les seues primeres etapes fins a la seua especialització final.
L'equip va poder estudiar per separat cada cèl·lula i conéixer quins gens estan actius en ella, així com identificar quines regions del ADN estan accessibles per a activar la regulació d'eixos gens. "En integrar estes dos capes d'informació, vam poder reconstruir com es diferencien les cèl·lules al llarg del temps i identificar els programes de regulació genètica que controlen eixes trajectòries", explica López Atalaya.
Un dels principals descobriments del treball és que les neurones del tálem no seguixen una única ruta d'especialització. Les dades revelen dos grans llinatges que divergesquen molt prompte durant el desenvolupament embrionari: un donarà lloc als nuclis sensorials i un altre als nuclis relacionats amb funcions motores i associatives. A més, ambdós programes genètics progressen a ritmes diferents, de manera que els circuits sensorials aconseguixen determinades etapes de desenvolupament abans que els associats a funcions cognitives i motores.
A més, dins de la via sensorial, l'equip va descobrir una etapa intermèdia inesperada: abans d'especialitzar-se, algunes neurones passen per un estat molecular similar al de les que formen els nuclis d'orde superior del tálem. A diferència dels nuclis de primer orde, que transmeten a la cortesa cerebral informació procedent dels sentits, com la vista o el tacte, els d'orde superior participen en circuits més complexos de comunicació entre regions cerebrals.
Per a comprovar que les cèl·lules seguien esta trajectòria, els investigadors utilitzaren una tècnica de marcatge genètic que permet seguir el destí de les cèl·lules progenitores i de les neurones que generen. "Això ens va permetre validar experimentalment les relacions entre cèl·lules que havíem predit i descobrir que, dins del llinatge sensorial, les cèl·lules passen primer per un estat similar al dels nuclis d'orde superior abans de convertir-se en neurones sensorials, com les visuals o les somatosensorials", explica l'investigador Lorenzo Puche Aroca, primer autor de l'estudi.
A partir dels programes genètics identificats en l'atlas, l'equip va assenyalar el gen Sp9, que conté la informació per a produir la proteïna SP9, un factor de transcripció que regula l'activitat d'altres gens, com un regulador essencial perquè determinades neurones del tálem adquirisquen una identitat visual específica. Per a comprovar la seua funció, els investigadors reduïren experimentalment la seua activitat durant el desenvolupament embrionari del ratolí: "Vam voler anar més enllà i comprovar si realment desemprenaven una funció en l'especialització de les seues neurones. En reduir l'activitat de Sp9, vam veure que les neurones visuals no adquirien correctament la seua identitat. Això demostra que este gen desempanya un paper clau en l'establiment de les característiques que distingixen estes neurones durant el desenvolupament", explica López Bendito.
Els resultats d'este treball proporcionen una nova ferramenta per a estudiar com s'organitza el tálem durant el desenvolupament i com s'establixen els seus circuits i funcions. Este coneixement oferix un marc de referència per a comprendre millor algunes alteracions que poden estar relacionades amb trastorns del neurodesenvolupament i malalties neurològiques.
Este treball ha sigut possible gràcies al finançament del Ministeri de Ciència, Innovació i Universitats i de l'Agència Estatal d'Investigació; del Consell Europeu d'Investigació, baix el programa Horitzó 2020 (ERC Advanced Grant SPONTSENSE); de la Fundació “La Caixa”; del programa PROMETEO de la Generalitat Valenciana; i del Programa Severo Ochoa per a centres d'Excel·lència.
