El treball, liderat per investigadors de l’IBMB-CSIC al Parc Científic de Barcelona, i amb la participació de la UPC, la UB, l’IBEC i el Mechanobiology Institute de Singapur, estableix principis que podrien ajudar a entendre successos equivalents a el sistema nerviós humà. La investigació ha analitzat els mecanismes que regulen la condensació del sistema nerviós embrionari de la mosca Drosophila, un procés del qual se sap molt poc. Han desenvolupat un model matemàtic capaç de descriure aquest procés, a les primeres etapes de desenvolupament i les diferents activitats cel·lulars implicades.
Durant el desenvolupament d’un organisme, els òrgans creixen fins assolir una forma i una mida molt precisa, gràcies a la multiplicació de les cèl·lules. Tot i això, els òrgans no sempre es formen a través del creixement ni de la multiplicació cel·lular.
És el cas de la corda nerviosa ventral embrionària de la mosca Drosophila (l’equivalent a la medul·la espinal en vertebrats), que no creix sinó que es contrau i escurça durant la formació de l’organisme, en un procés que rep el nom de condensació.
Ara, un treball liderat per Enrique Martín Blanco, investigador de l’Institut de Biologia Molecular de Barcelona del Consell Superior d’Investigacions Científiques (IBMB-CSIC) ha analitzat aquest procés i ha implementat un model matemàtic predictiu de les activitats cel·lulars implicades durant el desenvolupament del cervell de la mosca Drosophila.
El treball, que es publica a la revista Developmental Cell, ha comptat amb la participació d’investigadors de l’Institut de l’IBM-CSIC, ubicat al Parc Científic de Barcelona (PCB), de la UPC, de la UB, l’IBEC i el Mechanobiology Institut de Singapur. Els resultats poden ajudar a entendre processos similars, com els que es poden donar a la formació del cervell humà.
Un model que permet predir possibles alteracions
“La corda nerviosa ventral es va empaquetant per fases, es va condensant”, detalla Enrique Martin Blanco, de l’IBMB-CSIC. Però aquest escurçament no passa de forma contínua sinó que succeeix en fases més o menys ràpides, cosa que dona com, a resultat “un moviment oscil·latori que comparem al d’un acordió”.
La condensació de la corda nerviosa ventral, continua Martín Blanco, respon a la coordinació de l’activitat contràctil de les diferents cèl·lules que la formen, neurones i glia. I aquestes oscil·lacions depenen de propietats mecàniques de les cèl·lules que formen el teixit, la seva viscositat i elasticitat.
Katerina Karkali, primera autora del treball i investigadora del IBMB-CSIC, explica: “El nostre model explica aquest moviment oscil·latori en funció de les propietats mecàniques del teixit, i permet predir possibles alteracions”.
El manuscrit descriu tot el procés i presenta un model computacional que proveeix importants prediccions sobre el comportament cel·lular en processos morfogenètics de caràcter oscil·latori.
Amb aquest estudi, els investigadors esperen obrir una via per entendre el desenvolupament del sistema nerviós central humà, “un procés altament complex i orquestrat que estableix un marc estructural per a la cognició, el comportament i les emocions”.
Hi ha nombroses evidències que molts trastorns genètics, neurològics i mentals tenen les seves arrels en anormalitats cerebrals congènites. Les malformacions cerebrals congènites són anomalies morfològiques induïdes per l’alteració del programa primari de desenvolupament causat per un defecte genètic. Els mecanismes moleculars i els comportaments cel·lulars responsables d’aquestes síndromes romanen en gran part inexplorats, principalment a causa de la manca de models susceptibles per a l’estudi in vivo del cervell en desenvolupament.
En aquest treball, diuen els investigadors, “hem fet servir el sistema nerviós central embrionari de Drosophila com a sistema model i hem començat a entendre aquests processos. L’objectiu final d´aquests estudis seria tancar la bretxa entre el coneixement bàsic de la biologia i la mecànica de la morfogènesi cerebral i les malformacions cerebrals congènites”, conclou l’investigador.
CSIC Comunicació Cataluña
Article de referència:
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
Condensació de la corda nerviosa ventral de l’embrió de Drosophila, amb el sistema nerviós (en verd) i l’organització segmental de l’embrió (vermell). D’esquerra a dreta i de dalt a baix: vistes dorsal, lateral Esquerra, lateral dreta i ventral. Imatge: IBMB-CSIC.
Katerina Karkali, investigadora de l’IBMB-CSIC i primera autora del treball, i Enrique Martin Blanco, investigador de l’IBMB-CSIC que ha liderat el treball, fotografiats a la terrassa del PCB. Imatge: CSIC.