Un grupo de investigadores del Instituto Salk de San Diego (Estados Unidos) ha elaborado el atlas unicelular más extenso realizado hasta ahora sobre las modificaciones epigenéticas que se producen en el cerebro de ratones de edad avanzada, con la finalidad de avanzar en la comprensión de las bases de las enfermedades neurodegenerativas humanas.
“Los cambios cerebrales relacionados con la edad, especialmente en regiones cruciales para la atención, la memoria, las emociones y las funciones motoras, impactan gravemente en la calidad de vida”, ha afirmado el coautor de este proyecto, el profesor y titular de la Cátedra Internacional de Genética de esta institución, el doctor Joseph Ecker.
Las patologías neurodegenerativas afectan actualmente a más de 57 millones de personas en todo el planeta y se estima que su incidencia, desde el Alzheimer hasta el Parkinson, junto con la esclerosis lateral amiotrófica (ELA) y otras dolencias, se duplicará aproximadamente cada 20 años. Aunque los especialistas reconocen que el envejecimiento es uno de los grandes factores de riesgo, los procesos biológicos que explican su efecto aún no se han esclarecido por completo.
A juicio de Ecker, “al mapear cómo cambia el epigenoma en los distintos tipos de células cerebrales a medida que los animales envejecen”, ahora se cuenta “con un marco para comprender cómo el envejecimiento remodela el cerebro a nivel molecular”. “Este recurso debería ayudar a los investigadores a identificar los mecanismos que contribuyen a las enfermedades neurodegenerativas”, ha confirmado.
Una de las fuerzas que más condicionan el envejecimiento es la alteración epigenética: la manera en que pequeñas marcas químicas situadas sobre la secuencia genética básica se van modificando con el paso del tiempo y cambian la expresión de los genes. En este contexto, el nuevo atlas muestra cómo varían la metilación del ADN, la arquitectura del genoma y la actividad génica en diferentes zonas del cerebro y en diversos tipos celulares.
MÁS DE 200.000 CÉLULAS INDIVIDUALES ANALIZADAS
El trabajo, difundido en la revista especializada ‘Cell’, abarca ocho regiones cerebrales y 36 tipos de células nerviosas distintos, con el análisis detallado de más de 200.000 células individuales mediante ensayos de metilación y de conformación de la cromatina, además de casi 900.000 células estudiadas mediante técnicas de transcriptómica espacial.
Gracias a este mapa se han identificado diferencias epigenéticas entre grupos de edad y se han diseñado nuevos modelos de aprendizaje profundo capaces de anticipar cambios en la expresión génica asociados al envejecimiento. Los datos señalan que, con el paso de los años, emergen cuatro rasgos moleculares clave: inflamación crónica, problemas en la función mitocondrial, inestabilidad del genoma y transformaciones epigenéticas.
En la misma línea, estudios recientes han destacado el papel del epigenoma como elemento central del envejecimiento fisiológico. Además, un tipo concreto de cambio epigenético, la metilación, se ha vinculado con el funcionamiento de las neuronas, el comportamiento y distintas patologías.
“El cerebro está muy interconectado, con diferentes regiones que controlan distintas funciones y envejecen a ritmos diferentes a nivel celular”, ha indicado la investigadora del Instituto Salk y coautora del estudio, la doctora Margarita Behrens, quien ha añadido que se puede observar esta interconexión cerebral “en enfermedades como el Parkinson, donde la muerte de un grupo de neuronas desencadena una disfunción en todo un circuito, lo que se traduce en los temblores” y “efectos cognitivos”.
Por lo tanto, Behrens ha subrayado que “comprender el envejecimiento a nivel celular específico es fundamental para obtener un conocimiento más detallado que amplíe las posibilidades terapéuticas”. Para este fin, se ha generado este amplio repositorio de datos, a partir del cual se han desarrollado métodos de aprendizaje profundo para predecir la expresión génica utilizando datos epigenéticos multiómicos futuros, sentando así las bases para la creación de un modelo virtual de envejecimiento del cerebro.