El equipo investigador ha elaborado un detallado mapa molecular de las regiones en que se divide el cerebro en el anfioxo. El nuevo trabajo, se ha elaborado con modelos animales (anfioxo, pez cebra y ratón)

Un nuevo estudio cambia el paradigma científico sobre el origen evolutivo del cerebro en los vertebrados

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Un equipo internacional publica en la revista PLOS Biology un artículo que modifica el modelo clásico sobre el proceso de formación del cerebro de los vertebrados y su evolución biológica. El nuevo trabajo, elaborado con modelos animales (anfioxo, pez cebra y ratón), está liderado por los expertos Jordi Garcia-Fernàndez, del Instituto de Biomedicina de la Universidad de Barcelona (IBUB); José Luis Ferrán y Luis Puelles, de la Universidad de Murcia (UMU), y Manuel Irimia, del Centro de Invstigación Genómica (CRG).

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Según el nuevo trabajo, el cerebro de los vertebrados se habría desarrollado a partir de dos regiones (anterior y posterior), y no de tres, tal y como proponía el modelo prosomérico

UB / Según el modelo prosomérico o segmentario, uno de los más aceptados, el cerebro de los vertebrados se origina a partir de un tubo neural que se diferencia en el cerebro anterior (prosencéfalo), medio (mesencéfalo) y posterior (rombencéfalo). Esta visión tradicional, sin embargo, no sería correcta a la luz de los resultados que ahora revela la biología evolutiva del desarrollo (evo-devo). Según el nuevo trabajo, el cerebro de los vertebrados se habría desarrollado a partir de dos regiones (anterior y posterior), y no de tres, tal y como proponía el modelo prosomérico.

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Genoarquitectura: nuevas perspectivas sobre el sistema nervioso

Los expertos han elaborado un detallado mapa molecular de las regiones en que se divide el cerebro en el anfioxo, un modelo animal de referencia en genómica y uno de los representantes de las ramas más basales del filo de los cordados.

El anfioxo, un modelo animal de referencia en genómica y uno de los representantes de las ramas más basales del filo de los cordados / UB

El anfioxo, un modelo animal de referencia en genómica y uno de los representantes de las ramas más basales del filo de los cordados / U

Tal como explica la investigadora posdoctoral Beatriz Albuixech-Crespo (UB-IBUB), primera firmante del estudio, «la genoarquitectura es el eje de referencia experimental del nuevo trabajo, eje que ha servido para determinar el proceso de regionalización del tubo neural del anfioxo y compararlo con el del sistema nervioso de los vertebrados». Así, «se ha generado un mapa molecular de patrones de expresión de genes que en el anfioxo son los ortólogos —originados a partir de un ancestro común a través del proceso de especiación— de genes que en los vertebrados participan en el desarrollo y regionalización del sistema nervioso».

«En el estudio, hemos descrito este mapa molecular —que contiene el número de marcadores más numeroso hasta la actualidad— con las divisiones que se producen en la placa neural del cefalocordado», detalla Albuixech-Crespo. «Con esta información posicional, se han buscado las equivalencias topológicas en una estructura homóloga: en concreto, la placa neural de los vertebrados», continúa.

Según el profesor José Luis Ferrán, los investigadores se propusieron entender cómo es el cerebro del anfioxo: «Comparando los territorios que presenta el cerebro de los vertebrados modernos con los del anfioxo, estudiamos qué puede haber pasado para que se hayan multiplicado y se haya formado una estructura tan compleja durante nuestra evolución como especie».

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HyPTh y DiMes: cambio de paradigma sobre el origen y evolución del cerebro

Tanto el cerebro del anfioxo como el de los vertebrados se divide en dos regiones principales (anterior y posterior), apuntan los autores. En el caso del anfioxo, todo indica que la región anterior se ha dividido en dos dominios principales con sus subdivisiones internas, mientras que en el caso de los vertebrados, los dominios equivalentes se conservan topológicamente, pero experimentan un grado de regionalización más elevado. Los autores también constatan que el cerebro posterior del anfioxo está altamente regionalizado, tal y como sucede en el cerebro posterior de los vertebrados.

La genoarquitectura es el eje de referencia experimental del nuevo trabajo investigador / UB

La genoarquitectura es el eje de referencia experimental del nuevo trabajo investigador / UB

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En el cerebro anterior, el análisis comparativo entre la placa neural de vertebrados y cefalocordados también ha permitido definir la región HyPTh, que equivaldría a la región de la que surgen el hipotálamo, el telencéfalo y el pretálamo en los vertebrados. El artículo constata, además, que el papel del diencéfalo como frontera entre el cerebro anterior y el medio no sería consistente bajo los criterios de la biología del desarrollo (evo-devo).

Este modelo animal tiene una posición filogenética clave en la historia del linaje evolutivo de los vertebrados.

Este modelo animal tiene una posición filogenética clave en la historia del linaje evolutivo de los vertebrados.

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«El diencéfalo no constituye la frontera del cerebro anterior y, por tanto, no representa una unidad de desarrollo. Por el contrario, tálamo, zona pretectal y mesencéfalo están más relacionados y constituyen una unidad evolutiva. Por tanto, habría que elaborar una redefinición del cerebro anterior que incluiría el anterior y el medio del modelo clásico. Este cerebro anterior se dividiría internamente separando las subunidades que clásicamente conformarían el diencéfalo», subraya Albuixech-Crespo.

Según subraya Albuixech-Crespo habría que elaborar una redefinición del cerebro anterior que incluiría el anterior y el medio del modelo clásico

Tampoco se ha detectado corteza cerebral en los anfioxos, ni una región exclusiva que dé lugar a la formación del cerebro medio de los vertebrados. Sin embargo, se ha encontrado un territorio común dentro del cerebro anterior —conocido como DiMes— del que derivarían tanto el cerebro medio como otras estructuras importantes del cerebro anterior clásico.

«En vertebrados —detalla Albuixech-Crespo—, la región que comprende el tálamo, la zona pretectal y el mesencéfalo está delimitada entre los organizadores secundarios ZLI e IsO. En el anfioxo, la región topológicamente correspondiente al tálamo, la zona pretectal y el mesencéfalo (DiMes) no está subdividida, pero sí conserva las barreras genéticas que definen el posicionamiento de los organizadores secundarios en los vertebrados».

Del territorio topológicamente equivalente al DiMes del anfioxo, surgieron tres regiones importantes del cerebro de los vertebrados que son clave para procesar la información sensorial. Según los expertos, la hipótesis de que estas regiones se formaron y dieron lugar a otras áreas cerebrales de forma independiente es errónea. Tal y como apunta Manuel Irimia, doctorado en la Facultad de Biología de la UB, «evolutivamente, las tres clásicas regiones cerebrales de los vertebrados (tálamo, zona pretectal y mesencéfalo) han surgido como resultado de la aparición de centros de señalización molecular que provocan la expansión y partición de la porción DiMes».

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La larga historia evolutiva del cerebro en los vertebrados

Hace más de quinientos millones de años, se inició un proceso evolutivo que dio origen al primer plano de construcción del sistema nervioso central que comparten todos los vertebrados. Estudiar las redes de genes que han dado identidad a las diferentes regiones del cerebro es clave para comprender cómo han evolucionado y para entender el origen de diversas patologías. Desde la perspectiva de la evo-devo, la genoarquitectura es una herramienta potente para detallar las regiones del sistema nervioso y determinar qué genes han estado activos en cada territorio durante su proceso de desarrollo.

El equipo investigador ha elaborado un detallado mapa molecular de las regiones en que se divide el cerebro en el anfioxo / UB
Los expertos Jordi Garcia-Fernàndez y Beatriz Albuixech-Crespo, en la Facultat de Biología de la Universidad de Barcelona

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«Durante los últimos años, los conocimientos que aporta la nueva disciplina conocida como evo-devo han sido esenciales para comprender los procesos evolutivos en los animales, incluida nuestra especie, y para identificar los componentes genéticos clave involucrados en diferentes patologías humanas (obesidad, diabetes, neuropatologías, etc.). Esta visión, que está impregnando facetas bien distantes del conjunto de la actividad humana, es fundamental para entender el funcionamiento y la evolución de los ecosistemas y el medio ambiente», concluye el catedrático Jordi Garcia-Fernàndez, del Departamento de Genética, Microbiología y Estadística de la UB y del IBUB.

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