Cada vez que una persona decide moverse, repite un hábito o siente el impulso de buscar una recompensa, entra en juego un conjunto de estructuras profundas del cerebro llamadas ganglios basales. Este circuito ayuda a seleccionar qué acciones hacer y cuáles frenar, y está implicado en enfermedades muy distintas: el Parkinson, la enfermedad de Huntington, las adicciones y también trastornos psiquiátricos como la esquizofrenia.
Para entender por qué algo falla en esas enfermedades, primero hay que saber qué piezas componen el circuito. Ese es el objetivo de un gran proyecto internacional que acaba de publicar su primer resultado importante: un atlas detallado de las células de los ganglios basales.
25 millones de células, cuatro especies
El trabajo forma parte de la Red de Atlas Celular de la Iniciativa BRAIN (BICAN), financiada por los Institutos Nacionales de Salud de Estados Unidos, y reúne a más de 50 instituciones de nueve países. Los resultados se publicaron el 12 de noviembre en un paquete de 26 estudios en revistas del grupo Cell Press. Uno de los artículos centrales, liderado por el Instituto Allen, es un atlas multiómico de los ganglios basales de primates publicado en la revista Cell.
En total, los equipos analizaron unos 25,5 millones de células: alrededor de 21 millones de personas, 3 millones de macacos y 1,5 millones de titíes, además de datos de ratón. Para cada célula midieron qué genes estaban activos, y en algunos estudios también qué partes del ADN estaban accesibles, dónde se ubicaba la célula, qué forma tenía y cómo se comportaba eléctricamente.
Un idioma común entre especies
Uno de los logros más importantes es una taxonomía compartida: una forma de nombrar los tipos de células que funciona igual en humanos, monos y ratones. Según la versión preliminar del trabajo, el equipo identificó 61 grupos de células que tienen equivalentes en las distintas especies, algunos conservados desde hace unos 80 millones de años de evolución.
Esa equivalencia es muy útil para la investigación médica. Gran parte de los estudios sobre enfermedades cerebrales se hacen en ratones o monos, y hasta ahora no siempre era fácil saber si una célula estudiada en un animal correspondía exactamente a una célula humana. «La clasificación molecular se mantiene en distintos tipos de datos y laboratorios, lo que nos da confianza en que refleja la verdadera organización del cerebro», explicó Ed Lein, del Instituto Allen.
Una neurona rara y la esquizofrenia
Entre los hallazgos destaca un tipo de neurona poco común, hasta ahora desconocido, que representa alrededor del 1 % de las neuronas principales del estriado, la mayor estructura de los ganglios basales. Tiene características mixtas de dos regiones que normalmente se consideran distintas y una parte de estas células produce un receptor de serotonina llamado HTR7.
Al cruzar el atlas con datos genéticos de grandes estudios poblacionales, los investigadores encontraron que esta neurona concentra parte de la señal de riesgo genético de la esquizofrenia. «El atlas reduce la señal genética de la enfermedad a una población específica de neuronas que ahora podemos estudiar», señaló Nelson Johansen, autor principal del trabajo. Se trata de una asociación genética, no de una prueba de que esta neurona cause la enfermedad.
Del mapa a la medicina
Otros estudios del paquete exploran aplicaciones concretas. Uno de ellos describe una versión mejorada de una terapia génica que redujo los temblores en modelos animales de Parkinson con un método menos invasivo que los actuales. Otro, liderado por la Universidad de California en San Francisco, encontró cambios genéticos en tipos celulares específicos que podrían contribuir al autismo, y un trabajo del Instituto Broad identificó cambios en la actividad de los genes asociados al envejecimiento.
Todos los datos son públicos, junto con herramientas para que otros investigadores comparen sus propios resultados con el atlas. Para la BICAN, que busca mapear todos los tipos de células del cerebro humano, es solo el comienzo. «La enfermedad es específica de cada tipo celular», resumió Hongkui Zeng, del Instituto Allen. Sin un catálogo preciso de esas células, entender el cerebro sería como intentar arreglar una máquina sin conocer sus piezas.
