Descritas por primera vez las señales mecánicas implicadas en el desarrollo temprano de la corteza cerebral del ratón

José Antonio del Río jefe de grupo del CIBERNED del Instituto de Bioingeniería de Cataluña (IBEC)
IBEC | viernes, 3 de junio de 2022

Un equipo científico coordinado por José Antonio del Río del Instituto de Bioingeniería de Cataluña (IBEC) -jefe de grupo del CIBERNED- ha observado las señales mecánicas y las fuerzas de tracción involucradas en la migración de las células de Cajal-Retzius, un grupo de neuronas con un importante papel en el desarrollo de la corteza cerebral. El estudio, realizado en roedores, se publica en la revista Frontiers in Cell and Developmental Biology.

La formación del cerebro es un proceso largo y complejo que comienza en las primeras fases del desarrollo embrionario. Entre las partes que se forman, se encuentra el córtex o corteza cerebral, implicada en actividades tan relevantes como la motora, la sensorial y la visual, y en funciones superiores como la imaginación y el pensamiento.

Si bien varias de las señales químicas que promueven el desarrollo del córtex han sido definidas en los últimos años, el papel que juegan las señales mecánicas y las fuerzas de tracción celular presentes en este proceso ha permanecido, hasta ahora, desconocido. Por primera vez, un equipo científico liderado por el Instituto de Bioingeniería de Cataluña (IBEC) en colaboración con la Universidad de Barcelona describe el rol de las señales mecánicas en el desarrollo cortical en un tipo concreto de células, las células de Cajal-Retzius.

Las células de Cajal-Retzius, descubiertas por Santiago Ramón y Cajal y Gustaf Retzius en 1890 y 1892, respectivamente, son las primeras neuronas que se originan en la corteza cerebral embrionaria. En ratones, estas células se generan entre los días ocho y trece del desarrollo embrionario en cuatro áreas proliferativas del cerebro localizadas fuera de la corteza cerebral. A partir de estas regiones, los distintos grupos de células de Cajal-Retizus migran tangencialmente de forma muy rápida para situarse en una zona superficial de la corteza denominada preplaca cortical.

Con esta migración coordinada, las neuronas de Cajal-Retzius promueven la posterior formación de las capas de la corteza cerebral tal y como las podemos observar en la edad adulta. De acuerdo con los resultados del estudio, la acción coordinada de las señales químicas y mecánicas presentes en la matriz extracelular de la capa superficial de la corteza (también denominada zona marginal o capa I) guía la migración y la distribución de las células de Cajal-Retzius en la corteza en desarrollo.

Neurobiotecnología para entender el desarrollo cortical temprano

Para conocer las distintas señales mecánicas que guían la migración de las neuronas pioneras, el equipo liderado por José Antonio del Río, investigador principal del grupo de Neurobiotecnología Molecular y Celular del IBEC, llevó a cabo diversas aproximaciones experimentales.

“En la hipótesis de partida pensamos que las posibles diferencias en la rigidez de la matriz extracelular entre distintas regiones podían ser un factor a tener en cuenta al analizar la migración celular. Por eso, decidimos observar mediante microscopía de fuerzas atómicas los cambios de rigidez regionales y mimetizar las diferencias en cultivos empleando andamios tridimensionales”, afirma del Río, quien también es Catedrático de Biología Celular de la Facultad de Biología de la Universidad de Barcelona, miembro del Instituto de Neurociencias de la misma Universidad (UBNeuro) y de Ciberned. Así, el equipo puso a punto hasta ocho tipos de cultivo diferentes. “Luego cultivamos en estos andamios células de Cajal-Retzius generadas en las distintas regiones y analizamos su comportamiento”.

Pero, ¿cómo detectan las células de Cajal-Retzius las diferencias de rigidez de la matriz extracelular?  “La respuesta podría estar ligada a la existencia de canales iónicos implicados en mecanotransducción en este tipo celular”, comenta del Río. “Para evaluarlo, desarrollamos un experimento de pérdida de función utilizando un veneno de araña que inhibe los canales mecanosensibles catiónicos. De forma que las células de Cajal-Retzius eran capaces de “sentir” cambios de rigidez extracelular.  Además, pudimos comprobar que distintos grupos de células de Cajal-Retzius presentan diferencias intrínsecas en la capacidad de ejercer fuerzas mecánicas sobre el substrato.”

Gracias a estos experimentos, el equipo investigador ha podido concluir que las capacidades móviles de las células de Cajal-Retzius y su distribución en la corteza cerebral también están moduladas por las propiedades mecánicas específicas de las propias células de Cajal-Retzius dependiendo de su zona de origen y de la rigidez diferencial de las rutas migratorias que siguen los distintos grupos de células de Cajal-Retzius.

La importancia de la mecanobiología en la neurobiología del desarrollo

En humanos, una mala función o migración de las células de Cajal-Retzius puede dar lugar a lisencefalias, enfermedades que se manifiestan por la ausencia de pliegues en la corteza cerebral y cuya esperanza de vida, lamentablemente, es de pocos años.

Referencia del artículo:

López-Mengual, Ana; Segura-Feliu, Miriam; Sunyer, Raimon; Sanz-Fraile, Héctor; Otero, Jorge; Mesquida-Veny, Francina; et al. (2022): Involvement of Mechanical Cues in the Migration of Cajal-Retzius Cells in the Marginal Zone During Neocortical Development. Frontiers. Collection. https://doi.org/10.3389/fcell.2022.886110