Científicos despliegan el mapa genético del desarrollo de las células del oído interno

Dos estudios en ratones utilizan nuevas técnicas que proporcionan una idea mejor sobre el modo en que se desarrollan internamente células determinantes para la audición y el equilibrio.

(15/10/15) – Utilizando una nueva tecnología llamada single-cell RNA-seq (secuencia de ARN en células individuales), científicos han creado el primer mapa genético en alta resolución que expresa el desarrollo del oído interno en ratones recién nacidos. Los descubrimientos brindan nuevos aportes acerca de cómo las células epiteliales en el oído interno se desarrollan y se diferencian en células especializadas que cumplen funciones determinantes para la audición y el mantenimiento del equilibrio. Comprender cómo estas importantes células se forman podrá suministrar la base para un potencial desarrollo de terapias celulares para el tratamiento de la pérdida auditiva y de los desórdenes del investigación fue equilibrio. La conducida por científicos del National Institute on Deafness and Other Communication Disorders (NIDCD), que es parte de los National Institutes of Health (NIH) de los Estados Unidos.

En una investigación asociada, apoyada por el NIDCD, entre científicos de la Escuela de Medicina de la Universidad de Maryland y de la Facultad Sackler de Medicina de la Universidad de Tel Aviv, los investigadores utilizaron una técnica similar para identificar una familia de proteínas esenciales para el desarrollo de las células del oído interno. Ambos estudios fueron publicados en línea el 15 de octubre en la revista Nature Communications.

“La pérdida de audición relacionada con la edad se produce gradualmente en la mayoría de nosotros a medida que envejecemos. Es una de las enfermedades más comunes entre los adultos mayores, que afecta a la mitad de las personas mayores de 75 años de edad”, dijo el Dr. James F. Battey, Jr., director del NIDCD. “Estos nuevos hallazgos podrían conducir a nuevos tratamientos regenerativos para este problema crítico de salud pública”, agregó.

Las células epiteliales sensoriales especializadas en el oído interno incluyen células ciliadas y células de apoyo, que proporcionan a las primeras un soporte estructural y funcional fundamental. Las células ciliadas y las células de apoyo ubicadas en la cóclea –estructura en forma de caracol en el oído interno– trabajan en conjunto para detectar el sonido, lo que permite que escuchemos. En contraste, las células ciliadas y las células de apoyo en el utrículo, una bolsa llena de líquido cerca de la cóclea, juegan un papel fundamental para ayudar a mantener nuestro equilibrio. Estas células detectan cómo movemos nuestra cabeza y cómo la posicionamos; esta información le dice al cerebro, por ejemplo, si estamos de pie o acostados. El utrículo es una de varias estructuras y órganos del cuerpo que proporcionan el sentido del equilibrio; en conjunto, comprenden el sistema vestibular.

Las células ciliadas y las células de apoyo pueden ser dañadas por medicamentos, infecciones o enfermedades, lesiones o envejecimiento, y dar lugar a pérdida de audición y problemas de equilibrio. En los seres humanos, estas células no pueden repararse naturalmente por sí mismas, por lo que los tratamientos eficaces son limitados.

Además, hay solo unos pocos miles de estas células sensoriales, y están metidas profundamente en un canal óseo, lo que hace que sean difíciles de estudiar.

Para obtener una mayor comprensión del desarrollo de las células del oído interno, el Dr. Matthew Kelley, jefe de la Sección de Desarrollo de Neurociencia en el NIDCD, y su equipo de investigación utilizaron la secuencia de una sola célula de ARN, la nueva tecnología que puede extraer de manera integral los datos de la actividad genética mediante una sola célula. Otros métodos para obtener este tipo de datos requieren, comúnmente, miles de células. Saber qué genes están activos puede decir a los científicos mucho sobre las características y funciones individuales de una célula.

El equipo de Kelley analizó 301 células –algunas células ciliadas y algunas células de apoyo– tomadas de la cóclea y el utrículo de ratones recién nacidos. Mediante la comparación de perfiles de actividad génica de las células, los investigadores encontraron patrones únicos en las células ciliadas y en las células de apoyo. También descubrieron evidencia de subgrupos de células dentro de cada una de estas clases. Aunque poco se sabe acerca de estos subgrupos, los investigadores especulan con que los distintos patrones de actividad génica de las células pueden reflejar funciones especializadas.

Los datos también permitieron a los científicos identificar patrones de desarrollo diferentes de actividad de los genes. Las células en la parte vestibular del oído interno se desarrollan un poco a diferentes velocidades, por lo que cada célula estaba en un punto ligeramente diferente en su maduración cuando los investigadores las examinaron. Mediante el análisis de perfiles de actividad génica de las células, los científicos fueron capaces de identificar los genes que están activos en cada etapa del desarrollo, sacando a la luz importantes pistas sobre cómo se forman las células ciliadas especializadas.

“El uso de esta técnica de perfiles de una sola célula proporciona una nueva opción para identificar la actividad genética de las células, sobre todo en los sistemas con un número limitado de células, como en el caso del oído interno”, dijo Kelley, autor principal del estudio. “La identificación de los mapas de expresión génica durante el desarrollo de las células del oído interno es esencial para la comprensión de cómo se forman, y puede ayudar a crear maneras de regenerar estas células”, añadió.

En el segundo estudio, los investigadores también tomaron ventaja de la tecnología de secuencia de ARN en una sola célula. Usaron un enfoque computacional experimental para buscar regiones reguladoras comunes en los genes expresados en las células ciliadas. Los científicos descubrieron que un grupo de genes reguladores llamado Regulatory Factor Xs (RFX) ayuda a conducir los genes que son preferentemente activos en las células ciliadas.

Los investigadores también mostraron que los genes RFX tienen un papel esencial en la audición. Los ratones que carecen de dos proteínas RFX comenzaron a perder sus células ciliadas y su audición cerca de dos semanas después del nacimiento. Después de tres meses, estos ratones eran completamente sordos. Los investigadores concluyeron que los RFX reguladores de genes RFX, aunque no decisivos en el temprano desarrollo de las células ciliadas, son necesarios para la maduración de las células y su supervivencia a largo plazo.

 

Articulo original en inglés: http://www.nidcd.nih.gov/news/releases/15/Pages/10152015.aspx

 

Versión en español: Ana Varco para AMANDOS

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