Cómo se desarrollan las neuronas de los circuitos conductuales

Un estudio indica que las neuronas de los circuitos conductuales de Drosophila se diversifican según combinaciones de factores de transcripción que establecen la estructura básica de un hemilinaje y conjuntos de factores asociados al orden de nacimiento. Publicado en Nature, el trabajo vinculó transcriptomas y morfología en linajes cerebrales seleccionados y manipuló algunos factores para evaluar sus efectos sobre la morfología básica y los subtipos más específicos. La diferenciación sexual se interpretó como un proceso que añade características a subtipos concretos dentro de este marco.

Un hemilinaje es un grupo de neuronas derivadas del mismo neuroblasto que comparten el mismo estado de actividad de la señalización Notch. Por lo general, las neuronas de un mismo hemilinaje comparten las principales rutas de las neuritas y los neurotransmisores, aunque pueden diferir en la ramificación fina y en las células con las que se conectan. El equipo partió de neuronas conocidas por regular el apareamiento de los machos y relacionó los transcriptomas con las características anatómicas de los linajes a los que pertenecen. El análisis se centró en neuronas posmitóticas de linajes seleccionados.

Dos ejes de factores de transcripción distinguen la morfología básica de los subtipos

El equipo utilizó marcaje genético de linaje para identificar la descendencia de neuroblastos específicos y realizó secuenciación de ARN de célula única (scRNA-seq) a las 12 y 48 horas después de la formación del pupario. También analizó una condición en la que se expresaba la proteína inhibidora de la apoptosis p35 para estudiar neuronas que normalmente morirían. Tras excluir células no objetivo y otras células, el análisis final incluyó 42.844 neuronas.

A partir de los patrones de expresión de factores de transcripción, el equipo identificó 89 factores que distinguían los hemilinajes y mantenían su expresión en ambos momentos del desarrollo. Por separado, clasificó 36 factores como candidatos asociados al orden de nacimiento. Los marcadores moleculares de los hemilinajes se contrastaron con observaciones histológicas, pero no se demostró individualmente la función de todos los factores. La contribución del estudio consiste en separar el eje que distingue hemilinajes diferentes del que divide subtipos dentro de un mismo hemilinaje.

La manipulación genética permitió comprobar la función de algunos factores. En el hemilinaje CREa1B, al eliminar la función de fd59a o dsf, o suprimir la expresión de TfAP-2, las neuronas siguieron formándose y conservaron la inmunorreactividad al ácido gamma-aminobutírico (GABA), pero presentaron alteraciones en la morfología de axones y dendritas. La sobreexpresión de los factores asociados al orden de nacimiento Dan y Pdm3 desplazó la distribución de subtipos hacia morfologías parecidas, respectivamente, a las de neuronas nacidas temprano y tarde. Estos resultados respaldan un modelo en el que distintos conjuntos de factores de transcripción contribuyen a la estructura básica y a los subtipos más específicos.

El mismo hemilinaje CREa1B incluía neuronas mAL, implicadas en la regulación del cortejo, y neuronas mlSEZt, implicadas en la regulación de la alimentación. Sus funciones conductuales se conocían por estudios anteriores; el presente trabajo vinculó su morfología con marcadores moleculares. Las neuronas mAL de las hembras y las mlSEZt de ambos sexos presentaban la misma morfología, pero se distinguían por la expresión de fruitless. En el análisis transcriptómico que subdividió CREa1B, las diferencias entre sexos se concentraron en la región mAL que expresa fruitless. El hallazgo de que las diferencias entre subtipos asociados al orden de nacimiento superaban las diferencias entre sexos dentro de un mismo subtipo también respaldó la interpretación de que la diferenciación sexual modifica características de subtipos existentes.

Un marco que conecta la historia del desarrollo con la estructura del circuito

Al analizar por separado el origen del linaje, el orden de nacimiento y la diferenciación sexual, el estudio ofrece un marco para relacionar la identidad molecular con la morfología de los circuitos. Proporciona una base para investigar cómo neuronas que comparten una ruta básica pueden diferir en su morfología fina y participar en circuitos conductuales distintos. Sin embargo, los cambios morfológicos observados en estos experimentos de manipulación, por sí solos, no permiten determinar cambios en la conducta ni en la función sináptica.

El análisis también tiene limitaciones. El método de marcaje podría haber omitido neuronas nacidas durante la etapa embrionaria, y los grupos transcriptómicos no coincidieron perfectamente con los hemilinajes anatómicos. Sigue sin resolverse qué procesos reguladores previos generan las combinaciones de factores de transcripción. No se evaluaron terapias de regeneración neural en humanos ni eficacia clínica. El contenido del estudio se basa en el texto completo público del artículo proporcionado.