news

Descrits per primera vegada els senyals mecànics implicats en el desenvolupament primerenc del còrtex del ratolí

news image

IBEC papers 2022/06/03

Un estudi publicat a la revista Frontiers in Cell and Developmental Biology ha constatat els senyals mecànics i les forces de tracció involucrades en la migració de les cèl·lules de Cajal-Retzius, un grup de neurones amb un important paper en el desenvolupament de l’escorça cerebral. El treball, realitzat en ratolins, l’ha dut a terme un equip liderat pel catedràtic José Antonio del Río, de la Facultat de Biologia i l’Institut de Neurociències (UBNeuro) de la UB, l’Institut de Bioenginyeria de Catalunya (IBEC) —amb seu al Parc Científic de Barcelona— i el Centre d’Investigació Biomèdica en Xarxa sobre Malalties Neurodegeneratives (CIBERNED). 

També hi participen equips de la Facultat de Física, la Facultat de Medicina i Ciències de la Salut, l’Institut de Sistemes Complexos (UBICS) de la UB i l’IDIBAPS, entre altres.  

La migració de les cèl·lules de Cajal-Retzius 

La formació del cervell és un procés llarg i complex que comença en les primeres fases del desenvolupament embrionari. Entre les parts que es formen hi ha el còrtex (escorça cerebral), implicat en activitats tan rellevants com la motora, la sensorial i la visual, i en funcions superiors com la imaginació i el pensament. 

Tot i que alguns senyals químics que promouen el desenvolupament del còrtex han estat definits en els últims anys, encara era una incògnita esbrinar el paper que juguen els senyals mecànics i les forces de tracció cel·lular presents en aquest procés. Ara, un equip científic liderat per la Universitat de Barcelona i l’Institut de Bioenginyeria de Catalunya (IBEC) descriu per primer cop el rol dels senyals mecànics en el desenvolupament cortical en un tipus concret de cèl·lules, les cèl·lules de Cajal-Retzius. 

Les cèl·lules de Cajal-Retzius, descobertes per Santiago Ramón y Cajal i Gustaf Retzius el 1890 i el 1892 respectivament, són les primeres neurones que s’originen a l’escorça cerebral embrionària. En els ratolins, aquestes cèl·lules es generen entre els dies vuit i tretze del desenvolupament embrionari en quatre àrees proliferatives del cervell localitzades fora de l’escorça cerebral. A partir d’aquestes regions, els diferents grups de cèl·lules de Cajal-Retizus migren tangencialment de manera molt ràpida per situar-se en una zona superficial de l’escorça denominada preplaca cortical. 

Amb aquesta migració coordinada, les neurones de Cajal-Retzius promouen la posterior formació de les capes de l’escorça cerebral tal com les podem observar a l’edat adulta. Segons les conclusions del treball, l’acció coordinada dels senyals químics i mecànics presents a la matriu extracelul·lar de la capa superficial de l’escorça (zona marginal o capa I) guia la migració i la distribució de les cèl·lules de Cajal-Retzius a l’escorça en desenvolupament. 

Neurobiotecnologia per entendre el desenvolupament cortical primerenc 

Per conèixer els diferents senyals mecànics que guien la migració de les neurones pioneres, l’equip liderat per José Antonio del Río, membre del Departament de Biologia Cel·lular, Fisiologia i Immunologia de la UB, va dur a terme diverses aproximacions experimentals. 

«Com a hipòtesi de partida, pensàvem que les possibles diferències en la rigidesa de la matriu extracelul·lar entre diferents regions podien ser un factor a tenir en compte en analitzar la migració cel·lular. Per això, vam decidir observar mitjançant microscòpia de forces atòmiques els canvis de rigidesa regionals i mimetitzar les diferències en cultius emprant bastides tridimensionals», afirma José Antonio del Río, cap del grup de Neurobiotecnologia Molecular i Cel·lular de l’IBEC. Així, l’equip va posar a punt fins a vuit tipus de cultiu diferents. «Posteriorment, vam cultivar en aquestes bastides les cèl·lules de Cajal-Retzius generades en les diferents regions per analitzar el seu comportament».  

Ara bé, com és possible detectar a les cèl·lules de Cajal-Retzius les diferències de rigidesa de la matriu extracelul·lar? «La resposta podria estar lligada a l’existència de canals iònics implicats en mecanotransducció en aquest tipus cel·lular», comenta del Río. «Per a avaluar-ho, vam desenvolupar un experiment de pèrdua de funció tot emprant un verí d’aranya que inhibeix els canals mecanosensibles catiònics, de manera que les cèl·lules de Cajal-Retzius eren capaces de ‘sentir’ canvis de rigidesa extracelul·lar. A més, vam poder comprovar que diferents grups de cèl·lules de Cajal-Retzius presenten diferències intrínseques en la capacitat d’exercir forces mecàniques sobre el substrat».  

Mitjançant aquests experiments, l’equip ha pogut concloure que les capacitats mòbils de les cèl·lules de Cajal-Retzius i la seva distribució a l’escorça cerebral també estan modulades per les propietats mecàniques específiques de les pròpies cèl·lules de Cajal-Retzius, en funció de la seva zona d’origen i la rigidesa diferencial de les rutes migratòries que segueixen els diferents grups de cèl·lules de Cajal-Retzius». 

Mecanobiologia: noves fronteres de la neurobiologia del desenvolupament 

En els humans, una disfunció o migració de les cèl·lules de Cajal-Retzius pot originar lissencefàlies, unes patologies que es manifesten per l’absència de plecs en l’escorça cerebral i que comprometen la seva viabilitat.  

«Pel seu elevat impacte, pensem que la mecanobiologia adquirirà cada cop més rellevància, i no únicament en l’estudi i comprensió del desenvolupament de teixits i òrgans (com el cervell) sinó també per entendre els processos responsables de la malformació tissular. Tota aquesta informació serà de gran utilitat en la prevenció de malalties en diversos òrgans i teixits, com les lissencefàlies», clou el catedràtic José Antonio del Río.  

Article de referència: 

López-Mengual, Ana; Segura-Feliu, Miriam; Sunyer, Raimon; Sanz-Fraile, Héctor; Otero, Jorge; Mesquida-Veny, Francina; et al. «Involvement of Mechanical Cues in the Migration of Cajal-Retzius Cells in the Marginal Zone During Neocortical Development». Frontiers in Cell and Developmental Biology, maig de 2022. Doi: 10.3389/fcell.2022.886110 

 

Més informació: 

https://ibecbarcelona.eu/ca/mechanical-signals-involved-in-the-early-development-of-the-mouse-cerebral-cortex/ (català)

https://ibecbarcelona.eu/es/mechanical-signals-involved-in-the-early-development-of-the-mouse-cerebral-cortex/ (castellà)

https://ibecbarcelona.eu/mechanical-signals-involved-in-the-early-development-of-the-mouse-cerebral-cortex/ (anglès)