Biologia Molecular Mexico

En Pocas Palabras:

Un equipo de científicos ha desarrollado y validado un conjunto de innovadoras herramientas genéticas, basadas en “potenciadores” (enhancers) y virus adeno-asociados (AAVs), que permiten identificar, visualizar y controlar con gran especificidad diferentes subtipos de neuronas inhibidoras (GABAérgicas) y colinérgicas en el cerebro. Estas herramientas funcionan eficazmente en ratones y primates no humanos, abriendo nuevas y poderosas vías para investigar cómo funcionan los circuitos cerebrales en la salud y la enfermedad, y para desarrollar terapias más precisas. Un paso más para poder estudiar el cerebro en detalle.

El Desafío de Entender la Orquesta Neuronal

El cerebro es el órgano más complejo que conocemos, compuesto por miles de millones de neuronas que se comunican en redes intrincadas para generar nuestros pensamientos, emociones y comportamientos. Entre esta vasta población neuronal, las interneuronas juegan un papel crucial. Actúan como los directores de orquesta, regulando finamente la actividad de otras neuronas, principalmente a través de la inhibición. Existen muchos subtipos diferentes de interneuronas, cada uno con funciones especializadas, y su disfunción está implicada en una amplia gama de trastornos neurológicos y psiquiátricos, desde la epilepsia hasta la esquizofrenia.

Sin embargo, estudiar estos subtipos específicos ha sido un gran desafío. Necesitamos herramientas que nos permitan “ver” y “manipular” selectivamente solo las células de interés sin afectar a las demás. Aunque se han logrado avances, especialmente en ratones, muchas de estas herramientas son costosas, laboriosas o no funcionan bien en otras especies, incluidos los primates, lo que limita la traslación de los hallazgos a los humanos.

La Innovación: Una “Caja de Herramientas” Genética de Vanguardia

Un equipo de investigadores liderado por Elisabetta Furlanis, Jordane Dimidschstein, Gord Fishell y Yating Wang, y publicado en la prestigiosa revista Neuron, ha dado un paso de gigante para superar estas limitaciones. Han creado una “caja de herramientas” de potenciadores (enhancers) acoplados a virus adeno-asociados (AAVs) diseñada para dirigirse y manipular distintos subtipos de interneuronas GABAérgicas corticales y neuronas colinérgicas del estriado.

• ¿Qué son los Potenciadores (Enhancers)? Son pequeñas secuencias de ADN que actúan como “interruptores” específicos de genes, asegurando que un gen se active solo en ciertos tipos de células y en momentos determinados.
• ¿Qué son los AAVs? Son virus inofensivos que se utilizan comúnmente en investigación y terapia génica como vehículos (vectores) para entregar material genético a las células.

Al combinar potenciadores altamente específicos con la capacidad de entrega de los AAVs, los investigadores pueden introducir “cargas útiles” genéticas (como proteínas fluorescentes para visualizar células, sensores de calcio como GCaMP para observar su actividad, u opsinas para controlarlas con luz en optogenética) exclusivamente en las poblaciones neuronales de interés.

El Proceso de Creación y Validación Rigurosa

El equipo utilizó un enfoque sistemático:

1. Identificación de Potenciadores: Analizaron datos genómicos de célula única (específicamente scATAC-seq, que mapea regiones accesibles del genoma) para identificar secuencias de ADN que probablemente actuaban como potenciadores en subtipos específicos de interneuronas corticales y neuronas colinérgicas del cuerpo estriado.

2. Construcción y Pruebas: Clonaron estos potenciadores candidatos en vectores AAV para que dirigieran la expresión de proteínas reporteras (como dTomato, una proteína fluorescente roja). Luego, probaron meticulosamente estos “enhancer-AAVs” en el cerebro de ratones.

3. Validación Multifacética: La eficacia y especificidad de cada herramienta se evaluó rigurosamente mediante:
   • Anatomía: Observando qué células y en qué regiones del cerebro se marcaban.
   • Morfología: Examinando la forma de las neuronas marcadas.
   • Caracterización Molecular: Verificando que las células marcadas expresaran los genes marcadores correctos para el subtipo neuronal esperado (usando técnicas como FISH e inmunohistoquímica).
   • Electrofisiología: Registrando la actividad eléctrica de las neuronas marcadas para confirmar que tenían las propiedades funcionales características del subtipo.
   • Manipulación Funcional: Demostrando que podían controlar la actividad de estas neuronas usando optogenética.

4. Validación Trans-Especie: Crucialmente, muchas de estas herramientas también fueron probadas y validadas en primates no humanos (macacos) e incluso en tejido cerebral humano obtenido de cirugías, demostrando su potencial para estudios traslacionales.

Los Frutos: Un Conjunto de Siete Nuevas “Llaves Maestras”

El resultado de este esfuerzo es un conjunto de siete nuevos enhancer-AAVs altamente específicos para importantes subtipos de interneuronas, incluyendo:

• Dos herramientas para subtipos de neuronas PV (parvalbúmina positivas): células en cesta y células en candelabro.
• Dos herramientas para subtipos de neuronas SST (somatostatina positivas): Martinotti y no-Martinotti.
• Herramientas para neuronas VIP (péptido intestinal vasoactivo positivas) y LAMP5 positivas.
• Una herramienta para neuronas colinérgicas del cuerpo estriado.

Cada una de estas herramientas permite a los investigadores “iluminar”, observar o controlar con precisión estas poblaciones celulares, tanto en ratones como en primates.

Importancia e Implicaciones: Abriendo Nuevas Fronteras en la Neurociencia

Esta nueva caja de herramientas tiene un impacto potencial enorme:

1. Investigación Fundamental del Cerebro: Permite a los científicos diseccionar los circuitos neuronales con una precisión sin precedentes. Ahora pueden preguntar: ¿Qué hace exactamente este subtipo específico de interneurona en el aprendizaje, la memoria, la percepción o el comportamiento?
2. Comprensión de Enfermedades Neurológicas y Psiquiátricas: Muchas enfermedades cerebrales implican la disfunción de tipos celulares específicos. Estas herramientas permitirán crear modelos más precisos de estas enfermedades y estudiar sus mecanismos subyacentes.
3. Desarrollo de Terapias Precisas: Abre la puerta al desarrollo de futuras terapias génicas mucho más dirigidas. Si se sabe que un trastorno afecta a un subtipo neuronal particular, estas herramientas podrían usarse para entregar genes terapéuticos exclusivamente a esas células, aumentando la eficacia y minimizando los efectos secundarios.
4. Avance Trans-Especie: La validación en primates es un paso crucial para acercar los descubrimientos del laboratorio a la clínica humana.

Conclusión: Precisión y Poder para Desentrañar los Misterios del Cerebro

El trabajo de Furlanis y colaboradores representa un avance técnico y conceptual de gran envergadura para la neurociencia. Al proporcionar una colección de herramientas genéticas robustas, validadas y versátiles para el estudio y manipulación de subtipos de interneuronas, están equipando a la comunidad científica con las “llaves maestras” necesarias para abrir nuevas puertas al entendimiento del cerebro. Esta “caja de herramientas” no solo acelerará la investigación fundamental sobre cómo funcionan los circuitos neuronales, sino que también impulsará el desarrollo de enfoques terapéuticos más precisos y efectivos para los trastornos cerebrales que afectan a millones de personas en todo el mundo.

Referencia del Artículo:

Furlanis, E., Dai, M., Leyva Garcia, B., Tran, T., Vergara, J., Pereira, A., … Wang, Y. (2025). An enhancer-AAV toolbox to target and manipulate distinct interneuron subtypes. Neuron, 113, 1525–1547. https://doi.org/10.1016/j.neuron.2025.05.002
(Publicado: 21 de mayo de 2025)