Un diminuto animal ilumina el origen de las neuronas
Un estudio publicado en la revista Cell arroja nueva luz sobre la evolución de las neuronas, centrándose en los placozoos, un animal marino de tamaño milimétrico.
Investigadores del Centro de Regulación Genómica de Barcelona encuentran evidencia de que las células secretoras especializadas encontradas en estas criaturas antiguas y únicas pueden haber dado lugar a neuronas en animales más complejos.
Los placozoos son animales diminutos, del tamaño aproximado de un gran grano de arena, que se alimentan de algas y microbios que viven en la superficie de las rocas y otros sustratos que se encuentran en mares cálidos y poco profundos. Estas criaturas con forma de gota y panqueque son tan simples que viven sin partes ni órganos del cuerpo.
Estos animales, que se cree que aparecieron por primera vez en la Tierra hace unos 800 millones de años, son uno de los cinco linajes principales de animales junto con Ctenophora (medusas), Porifera (esponjas), Cnidaria (corales, anémonas de mar y medusas) y Bilateria (todos otros animales).
Las criaturas marinas coordinan su comportamiento gracias a células peptidérgicas, un tipo especial de células que liberan pequeños péptidos que pueden dirigir el movimiento o la alimentación del animal. Impulsados por la intriga sobre el origen de estas células, los autores del estudio emplearon una serie de técnicas moleculares y modelos computacionales para comprender cómo evolucionaron los tipos de células placozoarias y reconstruir cómo podrían haber sido y funcionado nuestros ancestros antiguos.
Los investigadores primero hicieron un mapa de todos los diferentes tipos de células placozoarias, anotando sus características en cuatro especies diferentes. Cada tipo de célula tiene una función especializada que proviene de ciertos conjuntos de genes. Los mapas o "atlas celulares" permitieron a los investigadores trazar grupos o "módulos" de estos genes. Luego crearon un mapa de las regiones reguladoras del ADN que controlan estos módulos genéticos, revelando una imagen clara de lo que hace cada célula y cómo trabajan juntas. Finalmente, llevaron a cabo comparaciones entre especies para reconstruir cómo evolucionaron los tipos de células.
La investigación demostró que los nueve tipos de células principales de los placozoos parecen estar conectados por muchos tipos de células "intermedias" que cambian de un tipo a otro. Las células crecen y se dividen, manteniendo el delicado equilibrio de tipos de células necesarios para que el animal se mueva y coma. Los investigadores también encontraron catorce tipos diferentes de células peptidérgicas, pero eran diferentes a todas las demás células y no mostraban tipos intermedios ni signos de crecimiento o división.
Sorprendentemente, las células peptidérgicas compartían muchas similitudes con las neuronas, un tipo de célula que no apareció hasta muchos millones de años después en animales más avanzados como la bilateria. Los análisis entre especies revelaron que estas similitudes son exclusivas de los placozoos y no aparecen en otros animales de ramificación temprana, como las esponjas o las medusas peine (ctenóforos).
Las similitudes entre las células peptidérgicas y las neuronas eran triples. En primer lugar, los investigadores descubrieron que estas células placozoarias se diferencian de una población de células epiteliales progenitoras a través de señales de desarrollo que se asemejan a la neurogénesis, el proceso mediante el cual se forman nuevas neuronas, en cnidarios y bilateria.
En segundo lugar, descubrieron que las células peptidérgicas tienen muchos módulos genéticos necesarios para construir la parte de una neurona que puede enviar un mensaje (el andamio presináptico). Sin embargo, estas células están lejos de ser una verdadera neurona, ya que carecen de los componentes para el extremo receptor de un mensaje neuronal (postsináptico) o de los componentes necesarios para conducir señales eléctricas.
Finalmente, los autores utilizaron técnicas de aprendizaje profundo para demostrar que los tipos de células placozoarias se comunican entre sí mediante un sistema en las células donde proteínas específicas, llamadas GPCR (receptores acoplados a proteína G), detectan señales externas e inician una serie de reacciones dentro de la célula. Estas señales externas están mediadas por neuropéptidos, mensajeros químicos utilizados por las neuronas en muchos procesos fisiológicos diferentes.
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