El destino celular durante la formación del cerebro

Visión dorsal del cerebro posterior de un embrión transgénico de pez cebra en la cual se ven en verde todos los núcleos celulares y en magenta las células que responden a las señales mecánicas. En la derecha se ven las secciones transversales a través de las fronteras donde se ven las células sensoras de los cambios mecánicos en magenta. / UPF

Un estudio realizado en pez cebra muestra que las células de la frontera del cerebro posterior detectan fuerzas mecánicas para regular el equilibrio entre células madre progenitoras y neuronas diferenciadas. 

 

UPF / Un nuevo trabajo coordinado por el Grupo de Investigación en Biología del Desarrollo de la Universidad Pompeu Fabra muestra que durante el desarrollo embrionario del cerebro del pez cebra, las células que se encuentran entre segmentos adyacentes detectan las fuerzas mecánicas generadas durante la morfogénesis para regular el equilibrio entre células madre progenitoras y neuronas diferenciadas. El estudio ha sido publicado en la revista Development.

En los vertebrados, el Sistema Nervioso Central se forma a partir de una estructura embrionaria dividida en tres vesículas cerebrales y la médula espinal

En los vertebrados, el Sistema Nervioso Central se forma a partir de una estructura embrionaria dividida en tres vesículas cerebrales y la médula espinal. La vesícula cerebral más posterior dará lugar a derivados adultos importantes como el cerebelo y es de donde derivan los nervios craneales que inervan la cara. Durante el desarrollo embrionario, el cerebro posterior se subdivide en siete segmentos, denominados rombómeros donde se generan progenitores neuronales que darán lugar tanto a neuronas motoras como sensoriales.

Durante la segmentación del cerebro posterior, una población específica de células se encuentra en la frontera entre rombómeros. Estas células de la frontera actúan como barrera para que las poblaciones celulares vecinas no se mezclen, envían instrucciones a las células progenitoras del rombómero adyacente, y actúan como fuente de progenitores y neuronas. A pesar de que se ha visto que las señales mecánicas están cada vez más implicadas en dirigir el comportamiento celular, hasta ahora no se había demostrado cómo esto pasaba in vivo.

Ahora, el grupo liderado por Cristina Pujades en el Departamento de Ciencias Experimentales y de la Salud (DCEXS) de la UPF ha investigado como estas células de la frontera son capaces de “sensar” los estímulos mecánicos y transducirlos en comportamientos biológicos específicos durante la segmentación del cerebro posterior del pez cebra.

“Utilizando embriones de pez cebra transgénicos que expresan marcadores fluorescentes bajo el control de señales mecánicas, mostramos que las células de la frontera actúan de hecho como mecanosensores, a través de la actividad de las proteínas Yap /Taz-TEAD”, detalla Adrià Voltes, primer firmante del artículo. Esta actividad se pierde cuando los autores manipulan el citoesqueleto de actomiosina tanto en embriones enteros como en poblaciones clonales, lo cual indica que la vía responde a señales mecánicas de manera autónoma.

Las células de la frontera son capaces de “sensar” los estímulos mecánicos y transducirlos en comportamientos biológicos específicos

Por otro lado, la disminución de la actividad de estas proteínas, ya sea de forma condicionada o a partir de la mutación de sus efectores yaz y taz, disminuye el número de células de la frontera que proliferan, sin afectar su diferenciación en neuronas. “Por lo tanto, la actividad de Yap/Taz-TEAD es esencial para mantener las células de la frontera como progenitores proliferativos y por tanto como un nicho de células madre”, explica Cristina Pujades.

En conjunto, estos datos muestran que las células de la frontera del cerebro posterior detectan fuerzas mecánicas a través de Yap/Taz-TEAD para regular la proliferación de progenitores durante la segmentación. “Partiendo de nuestros resultados, proponemos que las fuerzas mecánicas generadas durante el proceso de desarrollo embrionario regulan el mantenimiento de los progenitores y, por lo tanto, controlan el equilibrio entre la proliferación y la diferenciación de las neuronas”, concluye Cristina Pujades.

En el estudio también han participado investigadores de la Universidad Goethe y del Instituto Max Planck de Biología Celular, Molecular y Genética, ambos en Alemania.

Referencia bibliográfica: 
A Voltes, CF. Hevia, C Engel-Pizcueta, C Dingare, S Calzolari, J Terriente, C Norden, V Lecaudey, C Pujades. Yap/Taz-TEAD activity links mechanical cues to progenitor cell behavior during zebrafish hindbrain segmentation. Development, July 2019. doi: 10.1242/dev.176735.

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