Un nuevo estudio desmonta el modelo de formación del cerebro en los vertebrados

Un nuevo estudio modifica el modelo clásico sobre el proceso de formación del cerebro de los vertebrados y su evolución biológica. El nuevo trabajo, elaborado con modelos animales (anfioxo, pez cebra y ratón) y  publicado en la revista PLOS Biology, señala que el cerebro de los vertebrados se habría desarrollado a partir de dos regiones (anterior y posterior), y no de tres, tal y como proponía el modelo prosomérico.

El modelo prosomérico o segmentario, uno de los más aceptados, señala que el cerebro de los vertebrados se origina a partir de un tubo neural que se diferencia en el cerebro anterior (prosencéfalo), medio (mesencéfalo) y posterior (rombencéfalo).

Esta visión tradicional, sin embargo, no sería correcta a la luz de los resultados que ahora revela la biología evolutiva del desarrollo (evo-devo). Los expertos han elaborado un detallado mapa molecular de las regiones en que se divide el cerebro en el anfioxo, un modelo animal de referencia en genómica y uno de los representantes de las ramas más basales del filo de los cordados.

Tal como explica Beatriz Albuixech-Crespo (UB-IBUB), primera firmante del estudio, en un comunicado de la Universidad de Barcelona, «la genoarquitectura es el eje de referencia experimental del nuevo trabajo, eje que ha servido para determinar el proceso de regionalización del tubo neural del anfioxo y compararlo con el del sistema nervioso de los vertebrados».

Así, «se ha generado un mapa molecular de patrones de expresión de genes que en el anfioxo son los ortólogos —originados a partir de un ancestro común a través del proceso de especiación— de genes que en los vertebrados participan en el desarrollo y regionalización del sistema nervioso».

«En el estudio, hemos descrito este mapa molecular —que contiene el número de marcadores más numeroso hasta la actualidad— con las divisiones que se producen en la placa neural del cefalocordado», detalla Albuixech-Crespo. «Con esta información posicional, se han buscado las equivalencias topológicas en una estructura homóloga: en concreto, la placa neural de los vertebrados», continúa.

Dos regiones principales

Tanto el cerebro del anfioxo como el de los vertebrados se divide en dos regiones principales (anterior y posterior), apuntan los autores. En el caso del anfioxo, todo indica que la región anterior se ha dividido en dos dominios principales con sus subdivisiones internas, mientras que en el caso de los vertebrados, los dominios equivalentes se conservan topológicamente, pero experimentan un grado de regionalización más elevado. Los autores también constatan que el cerebro posterior del anfioxo está altamente regionalizado, tal y como sucede en el cerebro posterior de los vertebrados.

En el cerebro anterior, el análisis comparativo entre la placa neural de vertebrados y cefalocordados también ha permitido definir la región HyPTh, que equivaldría a la región de la que surgen el hipotálamo, el telencéfalo y el pretálamo en los vertebrados. El artículo constata, además, que el papel del diencéfalo como frontera entre el cerebro anterior y el medio no sería consistente bajo los criterios de la biología del desarrollo (evo-devo).

Tampoco se ha detectado corteza cerebral en los anfioxos, ni una región exclusiva que dé lugar a la formación del cerebro medio de los vertebrados. Sin embargo, se ha encontrado un territorio común dentro del cerebro anterior —conocido como DiMes— del que derivarían tanto el cerebro medio como otras estructuras importantes del cerebro anterior clásico.

Hipótesis errónea

Del territorio topológicamente equivalente al DiMes del anfioxo, surgieron tres regiones importantes del cerebro de los vertebrados que son clave para procesar la información sensorial. Según los expertos, la hipótesis de que estas regiones se formaron y dieron lugar a otras áreas cerebrales de forma independiente es errónea.

Hace más de quinientos millones de años, se inició un proceso evolutivo que dio origen al primer plano de construcción del sistema nervioso central que comparten todos los vertebrados. Estudiar las redes de genes que han dado identidad a las diferentes regiones del cerebro es clave para comprender cómo han evolucionado y para entender el origen de diversas patologías.

Desde la perspectiva de la evo-devo, la genoarquitectura es una herramienta potente para detallar las regiones del sistema nervioso y determinar qué genes han estado activos en cada territorio durante su proceso de desarrollo.

Referencia

Molecular regionalization of the developing amphioxus neural tube challenges major partitions of the vertebrate brain. PLOS BIOLOGY, Published: April 19, 2017. https://doi.org/10.1371/journal.pbio.2001573