El ADN de las neuronas es diferente.

Las células cerebrales humanas albergan una increíble variabilidad en el genoma, según los investigadores del Instituto Salk de Estudios Biológicos (EE.UU.). El equipo liderado por Fred Gage, el mismo que descubrió la neurogénesis en adultos, ha publicado en Nature que las neuronas poseen un número inesperado de elementos móviles (transposones o genes saltarines), trozos del ADN que son capaces de insertar copias extras de sí mismos en el genoma usando un mecanismo de “corta y pega” (usando ARN como portapapeles en algunos casos). El descubrimiento podría ayudar a explicar el desarrollo e individualidad del cerebro así como a una mejor comprensión de las enfermedades mentales.

En un trabajo anterior, Gage ya había demostrado que elementos móviles del ADN conocidos como Elementos Largos Intercalados -1 (LINE-1, por sus siglas en inglés) añaden copias extras (“saltos”) al azar al genoma de las células cerebrales de los ratones. El que esto sucediese también en los humanos era objeto de controversia.

Se sabe que estos elementos móviles son importantes en organismos inferiores, como las plantas o las levaduras, pero se considera que en los mamíferos son restos del pasado evolutivo. Sin embargo, son extraordinariamente abundantes. Aproximadamente el 50% del total del genoma humano está constituido por restos de elementos móviles. Si fuesen inservibles, nos habríamos desecho de ellos. Pero, ¿para qué sirven?

El objetivo original de los investigadores del Instituto Salk era simplemente identificar “saltos” en células cerebrales humanas cultivadas in vitro, como se había hecho con los ratones. Una vez verificado, el paso siguiente para Gage y Nicole Coufal (autora principal del trabajo que ahora se publica) fue verificar que lo mismo ocurría in vivo.

In mice, gene jumping is limited to the brain and to germ cells, the reproductive cells in our bodies, since these kinds of rapid changes would be detrimental in essential organs such as the heart or kidneys. If LINE-1 elements were indeed on the move in humans, there should be more copies in the brain than in the heart or liver, where Gage and Coufal did not expect LINE-1 jumping to occur.

En los ratones los saltos de genes se limitan al cerebro y a las células germinales ya que, en las células de otros órganos como el corazón o los riñones, estos cambios rápidos podrían ser potencialmente muy perjudiciales. Si los elementos LINE-1 se transponen en los humanos debería haber más copias en el cerebro que en el corazón o en el hígado, según la hipótesis de Gage y Coufal.

El equipo de investigadores desarrolló una reacción en cadena basada en la polimerasa que permitió determinar cuantitativamente el incremento del número de copias en tejidos cerebrales (del hipocampo y otras áreas) con respecto a las presentes en tejidos de otros órganos (corazón e hígado, entre otros). Las muestras del cerebro tenían hasta 100 copias extra por célula, con lo que quedaba probada la hipótesis.

Los investigadores comprobaron asimismo que el promotor del LINE-1, el interruptor genético que hace que haya o no LINE-1, está habitualmente en “on” en las células cerebrales y en “off” en las células de otros órganos.

Este hallazgo implica que no todas las células son creadas iguales: el ADN de las células del cerebro es diferente del ADN del resto de células del organismo, o casi.

Existe otro tipo de célula humana que es conocida por remodelar su genoma: las del sistema inmunitario. En ellas los genes que codifican los anticuerpos se combinan para crear la variedad necesaria de éstos que haga frente a un infinito número de diferentes antígenos.

La variabilidad que este descubrimiento asigna a las células cerebrales provee un mecanismo potencial para explicar la diversidad neuronal que hace a cada persona única. Por otra parte, la desregulación de las copias podría contribuir a la aparición de desórdenes neurológicos. Finalmente, un cerebro que es capaz de vivir 80 años en un entorno cambiante e impredecible tiene, de esta manera, un plus de adaptabilidad: los elementos móviles impulsarían la evolución.

Referencia:

Coufal NG, Garcia-Perez JL, Peng GE, Yeo GW, Mu Y, Lovci MT, Morell M, O'Shea KS, Moran JV, & Gage FH (2009). L1 retrotransposition in human neural progenitor cells. Nature PMID: 19657334