El cerebro humano surge de dos orígenes distintos

Un equipo liderado por Stanford Medicine informó el 18 de septiembre en Nature Neuroscience que lo que los libros de anatomía tratan como un único órgano se construye a partir de dos puntos de partida independientes. Al estudiar embriones de ratón durante la gastrulación —cuando el plan corporal toma forma por primera vez—, identificaron dos poblaciones de células progenitoras que nunca se mezclan. Una, marcada por el gen Otx2, dará lugar al prosencéfalo y al mesencéfalo. La otra, marcada por Gbx2, está destinada al rombencéfalo: la región del tronco encefálico que regula la respiración, el latido y el sueño y controla los músculos faciales, linguales y de la garganta.

Las dos poblaciones se excluyen mutuamente desde las etapas más tempranas y su cromatina —el empaquetamiento del ADN que decide a qué genes accede una célula— está configurada de forma tan distinta que cada progenitora queda fijada a su destino. "Hemos demostrado por primera vez que la parte delantera del cerebro surge de una célula progenitora totalmente distinta de la de la parte trasera", afirmó Kyle Loh, profesor asociado de biología del desarrollo y autor sénior del estudio. El hallazgo contradice el modelo vigente durante décadas, según el cual una sola célula progenitora origina todo el cerebro. Los doctorandos Carolyn Dundes y Rayyan Jokhai firman como coautores principales.

El resultado también explica un fracaso de laboratorio de décadas: nadie lograba generar neuronas humanas del rombencéfalo en cultivo. "Los intentos anteriores de fabricar neuronas del rombencéfalo probablemente trataron de convertir progenitoras del prosencéfalo y el mesencéfalo en células del rombencéfalo, algo que nuestro estudio muestra que no es posible", dijo Jokhai. Partiendo del linaje correcto, los investigadores transformaron por primera vez células madre pluripotentes humanas en neuronas motoras funcionales del rombencéfalo. Según Stanford Medicine, esas células generaron potenciales de acción y proteínas propias de los segmentos del rombencéfalo que controlan la cara y la deglución.

Por eso el trabajo trasciende la biología del desarrollo. La atrofia muscular espinal es una de las principales causas genéticas de muerte en niños menores de 1 año; la ELA suele diagnosticarse entre los 40 y los 70 años. En ambas, ciertas neuronas del rombencéfalo dejan de funcionar poco a poco y los pacientes pierden la capacidad de tragar y, finalmente, la de respirar. Como no se puede extraer tejido del tronco encefálico de pacientes vivos, han sido casi imposibles de estudiar directamente. Lo que ha producido el equipo de Stanford es un sistema modelo para esa investigación, no una terapia.

El grupo rastreó además el mismo patrón de doble origen a lo largo de 550 millones de años de evolución y lo encontró en pollos, peces cebra y gusanos bellota. "Nuestra investigación sugiere que la evolución tomó dos sistemas nerviosos ya existentes y los empujó juntos en el espacio", señaló Loh. Quedan preguntas abiertas: el origen del desarrollo de la médula espinal y cómo dañan exactamente la atrofia muscular espinal y la ELA a esas neuronas, los dos problemas que el grupo abordará a continuación.