La asombrosa variedad genética de las neuronas humanas

Los análisis genómicos de neuronas humanas individuales, tanto extraídas post mortem como obtenidas en cultivo, ponen de manifiesto que existe en ellas una considerable variación en el numero de copias del ADN. Es probable que estas diferencias genéticas afecten a las funciones de las células encefálicas y que podrías, por tanto, tener influencia en nuestra personalidad, inteligencia o en la susceptibilidad a desarrollar enfermedades neurológicas. El estudio, encabezado por Michael McConnell, del Instituto Salk de Estudios Biológicos (EE.UU.), se ha publicado en Science.

En las neuronas existen una serie de cambios genéticos conocidos: la aneuploidía es el cambio en el número de cromosomas; en las retrotransposiciones una secuencia de ADN se mueve a otra parte del genoma mediante transcripción a ARN; y, finalmente, la expresión de enzimas que alteran el ADN. Todas estas fuentes de diversidad genética son frecuentes en el encéfalo.

Durante mucho tiempo ha existido la idea de que, dada la enorme variedad de tipos de células en el encéfalo, deberían existir mecanismos genéticos que generaran esta diversidad. Uno de los mecanismos genéticos potentes que podrían contribuir a esta variedad celular, aparte de los anteriores, es la variación en el número de copias (VNC). Una VNC es una modificación estructural del ADN, en la que una parte significativa del mismo desaparece o aparece duplicada tras una copia en determinados cromosomas. No hay que confundir las VNC con los polimorfismos de un sólo nucleótido, que afectan a un sólo gen y que son los cambios más estudiados para ver la influencia genética en determinado proceso.

Para determinar la variabilidad genómica como consecuencia de la VNC es necesario una tecnología que permita analizar célula a célula pues, de lo contrario, con las técnicas de secuenciación habituales lo que se obtiene es un promedio de un gran número de células presentes en el tejido analizado y este promedio tenderá, en general, a acercarse a una sola copia conforme sea mayor el número de células consideradas.

McConnell y sus colegas han conseguido secuenciar células individuales gracias a una técnica desarrollada recientemente en el Laboratorio Cold Spring Harbour (EE.UU.). En concreto ha analizado 110 neuronas individuales extraídas de tres personas fallecidas. Y el resultado es sorprendente: el 41% de las células contienen una o más VNC, la mayoría borrados o duplicaciones.

Por otra parte, el análisis de neuronas derivadas en cultivos a partir de células madre pluripotentes inducidas (CMPI) reveló la existencia de un número de VNC similar: de 40 células secuenciadas, 13 presentaban cambios únicos en sus genomas.

Un aspecto interesante es que las células progenitoras neuronales derivadas de estas mismas líneas de CMPI no tenían tanta diversidad. Esto sugeriría, primero, que la variación genética de las neuronas tiene lugar sólo en las etapas posteriores de diferenciación y, segundo, que la variación se desarrolla en un corto espacio de tiempo (las neuronas necesitan siete semanas para diferenciarse de sus progenitores). También podría concluirse que la variación detectada en las neuronas tomadas post mortem no sería un efecto del envejecimiento (en principio, la copia repetida aumentaría la probabilidad de un fallo en una copia).

Por tanto, si los cambios genéticos tienen lugar pronto, resulta que nos acompañan durante la mayor parte de nuestra vida y, por consiguiente, la probabilidad de que afecten a la configuración y funcionamiento de nuestro encéfalo aumentaría, con lo que ello implica para el comportamiento, la inteligencia o las enfermedades neuropsiquiátricas. ¿Cuánto? Eso tendrá que esperar, entre otras cosas, a nuevos avances tecnológicos que permitan estudiar VNC y expresión genética en la misma célula individual.

Referencia:

McConnell M.J., Lindberg M.R., Brennand K.J., Piper J.C., Voet T., Cowing-Zitron C., Shumilina S., Lasken R.S., Vermeesch J.R. & Hall I.M. & (2013). Mosaic Copy Number Variation in Human Neurons, Science, 342 (6158) 632-637. DOI: 10.1126/science.1243472