El método rastrea simultáneamente las rutas de las neuronas y la expresión de los genes

Mapeo de neuronas: BARseq2 puede trazar trayectorias neuronales y medir la expresión génica dentro de las células al mismo tiempo. En este corte de cerebro de ratón, cada punto representa la posición de una única molécula de ARNm, y cada color representa un gen diferente./ Cortesía de Xiaoyin Chen

POR NIKO MCCARTY

Fuente: Spectrum | 21/07/2021

Fotografía: Cortesía de Xiaoyin Chen

Un nuevo método puede cartografiar las trayectorias de miles de neuronas en ratones, al tiempo que cuantifica la expresión de decenas de genes en esas células.

La técnica, denominada BARseq2 y descrita en Nature Neuroscience en mayo, podría ayudar a los investigadores a elaborar un mapa a gran escala de los circuitos neuronales relacionados con el autismo en ratones, incluso en distintos momentos del desarrollo, según la investigadora del estudio Xiaoyin Chen, becaria postdoctoral en el laboratorio de Anthony Zador en el Cold Spring Harbor Laboratory de Nueva York. Chen se incorporará al Instituto Allen de Seattle (Washington) en agosto.

BARseq2 amplía el método BARseq original del equipo, del que informaron en 2019. Esa versión mapea las proyecciones neuronales -o donde el axón de cada neurona atraviesa el cerebro- y podría medir el nivel de expresión de hasta tres genes en esas células.

Para BARseq2, los investigadores deben crear primero un conjunto de cadenas cortas de ADN con secuencias aleatorias y convertirlas en ARN. A continuación, empaquetan cada secuencia de ARN en un virus Sindbis, un alfavirus aislado por primera vez en Egipto en 1952. Cada virus alterado infecta una neurona del animal y entrega su carga de ARN, marcando así cada célula con un código de barras molecular único.

"El código de barras, una vez que infecta una neurona, empieza a replicarse y hace millones de copias", dice Chen. "Los códigos de barras son transportados a los axones, por lo que básicamente se está llenando toda la neurona y todos los axones y dendritas con ese código de barras en particular".

Al día siguiente, los investigadores utilizan sustancias químicas para fijar las moléculas de ARN en rodajas de cerebro. A continuación, duplican artificialmente el código de barras en cada neurona para formar grupos más fáciles de localizar. La secuenciación del ARN en los grupos revela el código de barras presente en cada neurona. Para demostrar la técnica, Chen y sus colegas crearon decenas de millones de códigos de barras de ARN y los inyectaron en ratones individuales.

Contando puntos

Utilizando un enfoque similar, los investigadores pueden medir el nivel de expresión de docenas de genes diferentes en las neuronas. Lavan los cortes de cerebro de los ratones con una secuencia corta de ADN -llamada cebador- que se une a las copias de ARN del gen de interés. A continuación, convierten los ARN seleccionados en ADN y los secuencian dentro de los cortes de cerebro. Cada molécula de ARN forma una mancha fluorescente; el número de manchas refleja el nivel de expresión del gen en la célula.

Los investigadores pueden volver a ensamblar los cortes de cerebro en el ordenador para generar un mapa en 3D del cerebro, en el que las secuencias de códigos de barras se entrelazan y muestran dónde se proyectan las neuronas.

Utilizando BARseq2, Chen y sus colegas trazaron un mapa de las proyecciones de más de 3.000 células en la corteza motora y auditiva del ratón, una región del cerebro que puede madurar lentamente en los niños autistas. También midieron los niveles de expresión de los genes de cadherina -que ayudan a las células a unirse y comunicarse- en casi 30.000 células.

Chen, que lleva casi siete años trabajando en BARseq y BARseq2, dice que él y sus colegas desarrollaron los métodos por frustración. Todos los circuitos neuronales de organismos más sencillos, como el gusano redondo Caenorhabditis elegans, ya se han cartografiado minuciosamente, pero sólo se ha cartografiado un pequeño subconjunto del cerebro del ratón porque es más complicado.

"Trabajar en el sistema nervioso de los ratones es muy intimidante porque es una especie de desorden", dice Chen. "Mi motivación inicial era encontrar una forma de entender el sistema nervioso del ratón, de la misma manera que entendemos el sistema simple de C. elegans. Creo que BARseq es una forma de hacerlo".

https://www.spectrumnews.org/news/toolbox/method-tracks-neuron-paths-gene-expression-simultaneously/