The Amazing Brain
The Amazing Brain: Seguimiento de eventos moleculares con tarjetas telefónicas
Publicado en por el Dr. Francis Collins
La imagen proviene de Allen Yen, un candidato a doctorado en el laboratorio de Joseph Dougherty, que colabora con el laboratorio cercano de Rob Mitra. Ambos laboratorios están ubicados en la Facultad de Medicina de la Universidad de Washington, St. Louis.
Yen y sus colegas hicieron zoom en esta sección del tejido del cerebro de un ratón bajo un microscopio para capturar docenas de imágenes detalladas que luego unieron para crear esta descripción general de alta resolución. La imagen muestra células neurales (rojo) y núcleos celulares (azul). Pero concéntrese en las células neuronales (verde) concentradas en la corteza exterior del cerebro (arriba) y el hipocampo (dos lóbulos en el centro superior). Han sido etiquetados con tarjetas telefónicas que fueron dejadas por un virus adenoasociado [1].
En la mayoría de los tiempos pasados, en algunos círculos estaba de moda que la gente repartiera tarjetas de visita para marcar su llegada a eventos sociales especiales. Esta elegante tradición humana se está adaptando ahora al laboratorio para permitir que ciertos virus benignos emitan sus propias tarjetas de visita de alta tecnología y marquen su llegada a ubicaciones precisas en el genoma. Estas ubicaciones especiales muestran dónde hay actividad que involucra factores de transcripción , proteínas especializadas que activan y desactivan genes y ayudan a determinar el destino celular.
La idea es que innumerables tarjetas telefónicas bien ubicadas puedan rastrear el desarrollo cerebral a lo largo del tiempo en ratones y detectar cambios en la actividad de los factores de transcripción asociados con ciertos trastornos neuropsiquiátricos. Esta colorida imagen, que ganó el primer lugar en Show Us Your BRAINs de este año. El concurso de fotografía y vídeo ofrece una muestra sorprendente de estas tarjetas de visita en acción en el tejido cerebral vivo.
Leyenda: Fibroblastos de ratón convertidos en células neuronales inducidas, mostrando apéndices neuronales (rojo), núcleos (azul) y la proteína neural tau (amarillo).
Crédito: Kristin Baldwin, Instituto de Investigación Scripps, La Jolla, CA
Una vez entregada, una tarjeta de visita no tiene un nombre o título pretencioso. Más bien, la tarjeta de visita es un pequeño fragmento de ADN móvil llamado transposón. Se deja caer con el otro componente esencial de la tecnología: una enzima especializada llamada transposasa, que los investigadores fusionan con uno de los muchos factores de transcripción específicos de interés.
Cada vez que uno de estos factores de transcripción de interés se une al ADN para ayudar a activar o desactivar un gen, la transposasa adjunta «agarra» una tarjeta de llamada de transposón y la inserta en el genoma. Como resultado, deja un registro permanente de la interacción.
Allen Yen Universidad de Washington St Louis
Lo que también es bueno es que las tarjetas telefónicas están programadas para revelar su ubicación general. Eso es porque codifican un marcador fluorescente (en esta imagen, es una proteína verde fluorescente). De hecho, Yen y sus colegas pudieron mirar bajo un microscopio y decir por todo lo verde que la tecnología de su tarjeta de llamadas estaba en su lugar y funcionando como se esperaba.
Sin embargo, el paso final fue averiguar con precisión en qué parte del genoma se habían dejado esas tarjetas de visita. Para ello, los investigadores utilizaron la secuenciación de próxima generación para producir un historial acumulativo y un mapa de todas y cada una de las tarjetas de visita que se dejaron en el genoma. The Amazing Brain
Estos mapas completos les permiten identificar eventos importantes de unión a proteínas de ADN mucho después de los hechos. Esta tecnología innovadora también permite a los científicos atribuir interacciones moleculares pasadas con resultados de desarrollo observables de una manera que de otro modo no sería posible.
Si bien los laboratorios Mitra y Dougherty continúan mejorando esta tecnología, ya se adapta fácilmente para responder muchas preguntas importantes sobre el cerebro y los trastornos cerebrales. De hecho, Yen ahora está aplicando la tecnología para estudiar el desarrollo neurológico en modelos de ratón de trastornos neuropsiquiátricos, específicamente el trastorno del espectro autista (TEA) [2]. Esta tecnología de tarjetas telefónicas también está disponible para que la implemente cualquier laboratorio para estudiar un factor de transcripción de interés.
Stockbyte
Esta investigación cuenta con el apoyo de la iniciativa Brain Research through Advancing Innovative Neurotechnologies® (BRAIN). Uno de los principales objetivos de la iniciativa BRAIN es acelerar el desarrollo y la aplicación de tecnologías innovadoras para obtener una nueva comprensión del cerebro. Esta imagen premiada es sin duda un excelente ejemplo de cómo esforzarse por alcanzar este objetivo. Esperaré con interés lo que estas tarjetas de presentación nos dirán en el futuro sobre el TEA y otras afecciones importantes del desarrollo neurológico que afectan al cerebro.
Referencias :
[1] Un conjunto de herramientas virales para registrar las interacciones entre el factor de transcripción y el ADN en tejidos de ratones vivos . Cammack AJ, Moudgil A, Chen J, Vasek MJ, Shabsovich M, McCullough K, Yen A, Lagunas T, Maloney SE, He J, Chen X, Hooda M, Wilkinson MN, Miller TM, Mitra RD, Dougherty JD. Proc Natl Acad Sci US A. 2020 5 de mayo; 117 (18): 10003-10014.
[2] Un modelo de ratón con síndrome MYT1L recapitula los fenotipos del paciente y revela un desarrollo cerebral alterado debido a la maduración neuronal interrumpida . Jiayang Chen, Mary E. Lambo, Xia Ge, Joshua T. Dearborn, Yating Liu, Katherine B. McCullough, Raylynn G. Swift, Dora R. Tabachnick, Lucy Tian, Kevin Noguchi, Joel R. Garbow, John N. Constantino. bioRxiv. 27 de mayo de 2021.
Vínculos :
Investigación del cerebro a través de la iniciativa Advancing Innovative Neurotechnologies® (BRAIN) (NIH)
Trastorno del espectro autista (Instituto Nacional de Salud Mental / NIH)
Laboratorio Dougherty (Facultad de Medicina de la Universidad de Washington, St. Louis)
Laboratorio Mitra (Facultad de Medicina de la Universidad de Washington)
¡Muéstranos tu CEREBRO! Concurso de fotografía y video (Iniciativa BRAIN / NIH)
Apoyo de los NIH: Instituto Nacional de Trastornos Neurológicos y Accidentes Cerebrovasculares; Instituto Nacional de Salud Mental ; Centro Nacional para el Avance de las Ciencias Traslacionales; Instituto Nacional de Investigación del Genoma Humano; Instituto Nacional de Ciencias Médicas Generales