El trabajo, liderado por investigadores del IBMB-CSIC en el Parc Científic de Barcelona, y con participación de la UPC, la UB, el IBEC y el Mechanobiology Institute de Singapur, establece principios que podrían ayudar a entender sucesos equivalentes en el sistema nervioso humano. La investigación ha analizado los mecanismos que regulan la condensación del sistema nervioso embrionario de la mosca Drosophila, un proceso del que se sabe muy poco. Han desarrollado un modelo matemático capaz de describir este proceso, en las primeras etapas de desarrollo y las diferentes actividades celulares implicadas.
Durante el desarrollo de un organismo, los órganos crecen hasta alcanzar una forma y un tamaño muy precisos, gracias a la multiplicación de las células. Sin embargo, los órganos no siempre se forman a través del crecimiento ni de la multiplicación celular.
Es el caso de la cuerda nerviosa ventral embrionaria de la mosca Drosophila (el equivalente a la medula espinal en vertebrados), la cual no crece, sino que se contrae y acorta durante la formación del organismo, en un proceso que recibe el nombre de condensación.
Este proceso es el que ha analizado un trabajo liderado por Enrique Martín Blanco, investigador del Instituto de Biología Molecular de Barcelona del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (IBMB-CSIC). El equipo ha analizado la mecánica de la condensación y ha implementado un modelo matemático predictivo de las actividades celulares implicadas durante el desarrollo del cerebro de la mosca Drosophila.
El trabajo, que se publica en la revista Developmental Cell, ha contado con la participación de investigadores del Instituto del IBMB-CSIC, ubicado en el Parc Científic de Barcelona (PCB), de la UPC, de la UB, del IBEC y del Mechanobiology Institute de Singapur. Los resultados pueden ayudar a entender procesos similares, como los que se pueden dar en la formación del cerebro humano.
Un modelo que permite predecir posibles alteraciones
“La cuerda nerviosa ventral se va empaquetando por fases, se va condensando”, detalla Enrique Martin Blanco, del IBMB-CSIC. Pero ese acortamiento no sucede de forma continua sino por fases más o menos rápidas, lo que resulta en “un movimiento oscilatorio que comparamos al de un acordeón”.
La condensación de la cuerda nerviosa ventral, continua Martín Blanco, responde a la coordinación de la actividad contráctil de las diferentes células que la forman, neuronas y glía. Y esas oscilaciones dependen de propiedades mecánicas de las células que forman el tejido, su viscosidad y elasticidad. Katerina Karkali, investigadora del IBMB-CSIC y primera autora del artículo explica: “Nuestro modelo explica ese movimiento oscilatorio en función de las propiedades mecánicas del tejido, y permite predecir posibles alteraciones”.
El artículo describe todo el proceso y presenta un modelo computacional que provee importantes predicciones sobre el comportamiento celular en procesos morfogenéticos de carácter oscilatorio.
Los investigadores esperan con este estudio abrir una vía para entender el desarrollo del sistema nervioso central humano, “un proceso altamente complejo y orquestado que establece un marco estructural para la cognición, el comportamiento y las emociones”.
Hay innumerables evidencias de que muchos trastornos genéticos, neurológicos y mentales tienen sus raíces en anormalidades cerebrales congénitas. Las malformaciones cerebrales congénitas son anomalías morfológicas inducidas por la alteración del programa primario de desarrollo causado por un defecto genético. Los mecanismos moleculares y los comportamientos celulares responsables de estos síndromes permanecen en gran parte inexplorados, principalmente debido a la falta de modelos susceptibles para el estudio in vivo del cerebro en desarrollo.
En este trabajo, dicen los investigadores, “hemos utilizado el sistema nervioso central embrionario de Drosophila como sistema modelo y hemos empezado a entender estos procesos. El objetivo final de estos estudios sería cerrar la brecha entre el conocimiento básico de la biología y la mecánica de la morfogénesis cerebral y las malformaciones cerebrales congénitas”, concluye el investigador.
Artículo de referencia:
Condensation of the Drosophila Nerve Cord is Oscillatory and depends on Coordinated Mechanical Interactions. Katerina Karkali, Prabhat Tiwari, Anand Singh, Sham Tlili, Ignasi Jorba, Daniel Navajas, José J. Muñoz, Timothy E. Saunders and Enrique Martin-Blanco. Developmental Cell – Volume 57, Issue 7, 11 April 2022, Pages 867-882.e5 https://doi.org/10.1016/j.devcel.2022.03.007
Condensación de la cuerda nerviosa ventral del embrión de Drosophila, con el sistema nervioso (en verde) y la organización segmental del embrión (en rojo). De izquierda a derecha y de arriba abajo: vistas dorsal, lateral izquierda, lateral derecha y ventral. Imagen: IBMB-CSIC.
Katerina Karkali i Enrique Martin Blanco, investigadores del IBMB-CSIC, son respectivamente la primera autora y el lider del trabajo. Fotografiados en la terraza del PCB. Imagen: CSIC.