Arrojando luz sobre el desarrollo del cerebro humano. Crédito: © Dexheimer / IMBA
Muchos de los principios fundamentales de la biología y esencialmente todas las vías que regulan el desarrollo se identificaron en las llamadas pantallas genéticas. Originalmente pionero en la mosca de la fruta Drosophila y el nematodo C. elegans, las pantallas genéticas implican la inactivación de muchos genes uno por uno. Al analizar las consecuencias de la pérdida de genes, los científicos pueden sacar conclusiones sobre su función. De esta forma, por ejemplo, se pueden identificar todos los genes necesarios para la formación de un cerebro.
Los exámenes genéticos se pueden realizar de forma rutinaria en moscas y gusanos. En los seres humanos, existe una gran cantidad de conocimientos sobre los trastornos genéticos y las consecuencias de las mutaciones relevantes para la enfermedad, pero su análisis sistemático fue imposible. Ahora, el laboratorio de Knoblich en IMBA ha desarrollado una técnica innovadora que permite analizar cientos de genes en paralelo en tejido humano. Llamaron a la nueva tecnología CRISPR-LICHT y publicaron sus hallazgos en la revista Ciencias.
Mediante el uso de organoides cerebrales, un modelo de cultivo celular en 3D para el cerebro humano desarrollado en el grupo de Jürgen Knoblich en IMBA, ahora se pueden analizar cientos de mutaciones para determinar su papel en el cerebro humano utilizando CRISPR-LICHT.
Imagen de inmunofluorescencia de un organoide completo. Células madre en rojo, neuronas en verde y núcleos en azul. Crédito: © IMBA
“La base de la técnica es una combinación de la conocida tecnología CRISPR-Cas9, que recibió el Premio Nobel en octubre de 2020, y un método de código de barras dual. El truco clave fue aplicar una guía ARN, sino también un código de barras genético, una pieza de ADN que agregamos al genoma de las células que usamos para cultivar organoides. Esto nos permite ver el linaje celular completo de cada organoide, mientras que un segundo código de barras nos permite contar el número de células generadas por cada célula inicial. Esto reduce el ruido y así podemos determinar el efecto de cada ARN guía sobre la cantidad de células producidas durante el crecimiento organoide. Para describir nuestro enfoque, denominamos al método CRIPSR-Lineage Tracing en resolución celular en tejido heterogéneo (CRISPR-LICHT) ”, explica el coautor Dominik Lindenhofer, estudiante de doctorado en IMBA.
Los investigadores aplicaron CRISPR-LICHT a la microcefalia, un trastorno genético causado por una reducción del tamaño del cerebro y un deterioro mental grave en los pacientes. Por medio de esta nueva tecnología revolucionaria, los científicos examinaron todos los genes sospechosos de desempeñar un papel en la enfermedad.
“No solo pudimos identificar genes de microcefalia con CRISPR-LICHT, sino que también identificamos un mecanismo específico involucrado en el control del tamaño del cerebro”, dice el postdoctorado de IMBA y co-primer autor Christopher Esk. El retículo endoplásmico (RE) se identificó como el centro principal en el control de la secreción de proteínas de la matriz extracelular. Este mecanismo afecta la integridad del tejido y, por lo tanto, el tamaño del cerebro y fue identificado como una de las causas de la microcefalia.
Los cribados genéticos en Drosophila han sido durante mucho tiempo una herramienta establecida en los cribados de todo el genoma y tienen una larga tradición en Viena. El “Centro de Investigación de Drosophila de Viena” (VDRC), co-desarrollado por científicos de IMBA, es el único centro de stock de Drosophila en Europa y cuenta con una de las colecciones de moscas más grandes del mundo para estudios de genes funcionales. Jürgen Knoblich, director científico y líder del grupo de IMBA, también tiene sus raíces en la genética de las moscas y, gracias a la mosca de la fruta, obtuvo importantes conocimientos sobre el papel de las células madre en el desarrollo del cerebro.
“Estamos muy emocionados de informar que ahora podemos hacer pruebas genéticas de forma rutinaria en sistemas organoides complejos. El método se puede aplicar a otros modelos organoides y a cualquier enfermedad que afecte la formación de órganos. Es un enfoque completamente nuevo para analizar los trastornos cerebrales y tiene un potencial futuro increíble, ya que se puede aplicar a cualquier enfermedad cerebral, incluido el autismo. Nuestro trabajo solo fue posible gracias al espíritu de colaboración en el BioCenter de Viena, ya que los grupos de nuestros institutos vecinos de Max Perutz Labs y el Instituto de Patología Molecular también contribuyeron sustancialmente a las ideas que ayudaron a desarrollar la nueva tecnología ”, dice Jürgen Knoblich. último autor del estudio.
Referencia: 29 de octubre de 2020, Ciencias.
