El desarrollo del cerebro sigue un mecanismo mucho más complejo de lo que se pensaba. Un estudio del Centro Nacional de Biotecnología (CNB-CSIC) demuestra que las neuronas de la corteza cerebral no se generan siguiendo un programa fijo durante el desarrollo embrionario, sino a través de dos vías de desarrollo paralelas. Además, la investigación identifica una proteína que actúa como un auténtico interruptor molecular capaz de influir en el tipo de neurona que producirá cada célula madre cerebral.
Los resultados, publicados en la revista Science Advances y obtenidos mediante modelos experimentales de ratón, modifican la visión aceptada hasta ahora sobre cómo se organiza el desarrollo del cerebro y ayudan a comprender mejor el origen de algunos trastornos del neurodesarrollo.
El cerebro no sigue un único programa de desarrollo
Hasta ahora, el modelo más aceptado sostenía que todas las células madre cerebrales seguían una secuencia predeterminada para generar los distintos tipos de neuronas de la corteza cerebral.
Sin embargo, este trabajo demuestra que ambas rutas de producción aparecen desde el inicio del desarrollo embrionario y evolucionan de manera independiente.
«Nuestros resultados respaldan la idea de que todas las neuronas de la corteza cerebral proceden inicialmente del mismo tipo de células madre, pero cuestionan que su desarrollo siga una secuencia fija y predeterminada», explica la Dra. Marta Nieto, investigadora del CNB-CSIC y responsable del estudio.
Durante el desarrollo embrionario, el cerebro de los mamíferos se forma a partir de unas células madre especializadas conocidas como progenitoras radiales, responsables de generar todas las neuronas principales de la corteza cerebral.
Estas neuronas pueden dividirse en dos grandes grupos. Las neuronas extracorticales o extratelencefálicas envían sus conexiones a regiones situadas fuera de la corteza cerebral, como la médula espinal o el tálamo. Por su parte, las neuronas intracorticales o intratelencefálicas conectan diferentes áreas de la propia corteza y constituyen el tipo neuronal más abundante en el cerebro humano.
Las neuronas responsables de las funciones cognitivas más complejas
La investigación demuestra que una parte de las células progenitoras se especializa muy pronto y produce exclusivamente neuronas intracorticales.
«Estas últimas permiten funciones cognitivas complejas, como razonar, planificar o recordar. Son también las más abundantes en el cerebro humano y las que más se han expandido durante la evolución de los mamíferos», explica la Dra. Marta Nieto.
La primera autora del estudio, la Dra. Irene Varela-Martínez, destaca que el cambio de paradigma comienza desde las primeras fases del desarrollo.
«Este nuevo estudio demuestra desde las primeras divisiones de las células progenitoras, en los primeros días del desarrollo embrionario, emergen simultáneamente dos linajes separados: uno dedicada a producir neuronas extracorticales y otro a producir neuronas intracorticales. No hay un antes y un después. Es decir, los dos procesos comienzan a la vez, en paralelo, desde el principio», señala.
Aunque ambas poblaciones aparecen simultáneamente, evolucionan de forma diferente. Las neuronas extracorticales se generan mediante divisiones celulares que se agotan rápidamente y producen pequeños grupos de células. Las intracorticales, en cambio, proceden de progenitores que continúan dividiéndose durante más tiempo, aunque a un ritmo menor, lo que permite generar poblaciones mucho más numerosas distribuidas por distintas capas de la corteza cerebral.
Este comportamiento explica por qué al comienzo del desarrollo predominan las neuronas extracorticales y, conforme avanza la formación del cerebro, las intracorticales pasan a ser claramente mayoritarias.
Un interruptor molecular que decide el destino de cada neurona
Para llegar a estas conclusiones, el equipo utilizó la técnica MADM, que permite seguir con marcadores fluorescentes la descendencia de cada división celular y reconstruir el origen de cada neurona. Los investigadores combinaron esta herramienta con el análisis de las conexiones establecidas por las neuronas recién formadas, identificando por primera vez qué tipo de neurona produce cada célula progenitora en cada fase del desarrollo.
El trabajo también identifica a la proteína POU3F2 como un interruptor molecular que contribuye a activar las células progenitoras para producir neuronas intracorticales. La señal se produce incluso antes de que finalice la división celular, lo que revela que la decisión sobre el destino de cada neurona comienza mucho antes de lo que se pensaba.
Una clave para comprender enfermedades del neurodesarrollo
Los investigadores subrayan que conocer los mecanismos que regulan la activación de las células madre cerebrales resulta fundamental, ya que alteraciones en este proceso se han relacionado con dificultades cognitivas, problemas de aprendizaje, alteraciones de la comunicación y trastornos de la regulación emocional.
Aunque se trata de una investigación básica, el descubrimiento proporciona nuevas herramientas para comprender qué ocurre cuando falla el desarrollo cerebral. A largo plazo, este conocimiento podría contribuir al diseño de estrategias destinadas a proteger o regenerar circuitos cerebrales dañados durante la infancia, tras un ictus o en enfermedades neurodegenerativas.
