Los científicos descubren una proteína clave responsable de la asimetría cerebral

Los mecanismos genéticos que subyacen a las diferencias únicas entre izquierda y derecha en el cerebro ahora se entienden mejor gracias a una nueva investigación, lo que allana el camino para una mejor comprensión de los trastornos humanos asociados con la asimetría cerebral anormal.

Una proteína llamada Cachd1 desempeña un papel clave en el establecimiento de la diferente estructura y función neuronal en cada hemisferio cerebral, según han descubierto investigadores del UCL, el Instituto Wellcome Sanger, la Universidad de Oxford y otros coautores. El estudio se publica en la revista Science.

Mediante experimentos genéticos con peces cebra, los investigadores descubrieron que, cuando Cachd1 muta, el hemisferio derecho del cerebro pierde su desarrollo asimétrico normal y se convierte en una imagen especular del hemisferio izquierdo. Este trastorno causa una conectividad neuronal anormal que afecta la función cerebral.

Este descubrimiento arroja luz sobre los mecanismos genéticos que subyacen a la asimetría cerebral, un fenómeno observado en muchas especies animales, incluidos los humanos. Comprender estos procesos podría conducir a una mejor comprensión de los trastornos humanos en los que se altera la asimetría cerebral, como la esquizofrenia, la enfermedad de Alzheimer y los trastornos del espectro autista.

A pesar de su anatomía especular, los hemisferios izquierdo y derecho del cerebro humano presentan diferencias funcionales que afectan las conexiones neuronales y procesos cognitivos como el lenguaje. Aún se desconoce cómo surgen estas diferencias en los circuitos neuronales.

Utilizando peces cebra, un organismo modelo muy conocido para estudiar el desarrollo del cerebro debido a sus embriones transparentes, los investigadores se propusieron estudiar cómo Cachd1 podría influir en la asimetría cerebral.

El equipo descubrió que, cuando Cachd1 muta, una región del cerebro llamada habénula pierde su distinción normal entre izquierda y derecha. Las neuronas del lado derecho se asemejan a las del lado izquierdo, lo que altera las conexiones neuronales en la habénula y podría afectar su función.

La inhibición de cachd1 mediante morfolinos produce simetría bilateral. (AB) Vista dorsal a los 4 días de la fecundación en larvas de tipo silvestre no inyectadas y larvas inyectadas con morfolino cachd1, tras hibridación in situ de montaje completo mediante ribosondas antisentido contra el marcador asimétrico de la habénula dorsal kctd12.1. (C) RT-PCR semicuantitativa de los transcritos de cachd1. Fuente: Science (2024). DOI: 10.1126/science.ade6970

Los experimentos de unión de proteínas mostraron que Cachd1 se une a dos receptores que permiten que las células se comuniquen a través de la vía de señalización Wnt, una de las vías de comunicación celular más estudiadas, que desempeña papeles importantes en el desarrollo temprano, la formación de células madre y muchas enfermedades.

Además, los efectos de Cachd1 parecen ser específicos del hemisferio derecho del cerebro, lo que sugiere que existe un factor inhibidor desconocido que limita su actividad en el hemisferio izquierdo. Aunque aún no se conocen todos los detalles, los datos sugieren firmemente que Cachd1 desempeña un papel clave en la distinción entre el hemisferio izquierdo y el hemisferio derecho del cerebro en desarrollo, al regular la comunicación celular específicamente en el hemisferio derecho.

Estudios futuros examinarán si Cachd1 tiene otras funciones importantes relacionadas con la vía Wnt.

“Este fue un proyecto altamente colaborativo que se benefició enormemente de un enfoque interdisciplinario: la genética, la bioquímica y la biología estructural se unieron para comprender mejor el establecimiento de la asimetría izquierda-derecha en el cerebro, así como para identificar un nuevo componente de una importante vía de señalización con múltiples funciones en la salud y la enfermedad”, dice el Dr. Gareth Powell, coautor del estudio, ex estudiante de doctorado del Wellcome Sanger Institute y ahora miembro del Departamento de Biología Celular y del Desarrollo de la UCL.

“Me complace enormemente la publicación de este estudio altamente colaborativo, que reunió a numerosas personas talentosas con diferentes intereses y habilidades de investigación de diferentes institutos. Juntos, el equipo nos ha permitido realizar nuevos y emocionantes descubrimientos sobre la vía de señalización de Wnt y el desarrollo de la asimetría cerebral”, afirmó el profesor Steve Wilson, autor principal del estudio y miembro del Departamento de Biología Celular y del Desarrollo del UCL.