Un equipo del Instituto de Neurociencias (IN), centro mixto del CSIC y la Universidad Miguel Hernández de Elche (UMH), ha elaborado el primer atlas multiómico del tálamo embrionario de ratón para estudiar cómo se originan los diferentes tipos neuronales de esta región del cerebro.

La investigación revela que las neuronas vinculadas a funciones sensoriales y las relacionadas con tareas motoras y asociativas siguen trayectorias de desarrollo distintas desde etapas muy tempranas.

El trabajo ha sido liderado desde los laboratorios de Guillermina López-Bendito, responsable del grupo Desarrollo, Plasticidad y Reprogramación de Circuitos Sensoriales, y José López-Atalaya, director del laboratorio de Plasticidad Celular y Neuropatología.

Dos grandes linajes neuronales

Para reconstruir el desarrollo del tálamo, los investigadores analizaron células individuales del cerebro embrionario de ratón en diferentes etapas.

El estudio permitió conocer qué genes estaban activos en cada célula y qué regiones del ADN permanecían accesibles para regularlos. Al combinar ambas capas de información, el equipo pudo seguir la evolución de miles de neuronas desde sus primeras fases hasta su especialización.

Uno de los principales resultados es la identificación de dos grandes linajes neuronales que se separan pronto durante el desarrollo embrionario. Uno de ellos acaba formando los núcleos sensoriales, mientras que el otro da lugar a núcleos relacionados con funciones motoras y asociativas.

Los investigadores observaron además que ambos programas no avanzan al mismo ritmo, ya que los circuitos sensoriales alcanzan determinadas fases de desarrollo antes que los relacionados con funciones cognitivas y motoras.

Una etapa intermedia inesperada

Dentro del linaje sensorial, el equipo ha identificado también una fase intermedia que no se esperaba.

Antes de convertirse definitivamente en neuronas sensoriales, algunas células atraviesan un estado molecular similar al de las neuronas que forman los núcleos de orden superior del tálamo.

Para comprobar esta trayectoria, los investigadores emplearon técnicas de marcaje genético que permitieron seguir el destino de las células progenitoras y de las neuronas que generan.

El primer autor del estudio, Lorenzo Puche-Aroca, señala que esta aproximación permitió validar experimentalmente las relaciones celulares que habían sido predichas a partir del atlas.

SP9, clave para formar neuronas visuales

La investigación ha identificado además al gen Sp9, responsable de producir la proteína SP9, como un regulador esencial para que determinadas neuronas del tálamo desarrollen correctamente una identidad visual.

Para comprobar su papel, el equipo redujo experimentalmente la actividad de este gen durante el desarrollo embrionario del ratón.

Según explica Guillermina López-Bendito, al disminuir la actividad de Sp9 las neuronas visuales no adquirieron correctamente su identidad, lo que demuestra su importancia en la especialización de estas células.

Los investigadores consideran que este atlas ofrece una nueva herramienta para estudiar la organización del tálamo y la formación de sus circuitos, además de proporcionar un marco de referencia para investigar alteraciones relacionadas con trastornos del neurodesarrollo y enfermedades neurológicas.

El trabajo ha contado con financiación del Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades, la Agencia Estatal de Investigación, el Consejo Europeo de Investigación, la Fundación “la Caixa”, el programa PROMETEO de la Generalitat Valenciana y el Programa Severo Ochoa para centros de Excelencia.