El cerebro es el órgano más complejo de nuestro organismo tanto en estructura como en función. Dentro del cerebro la región que ha suscitado un mayor interés para su estudio es la corteza cerebral que, situada en la superficie de los hemisferios cerebrales, juega en humanos un papel fundamental en la generación de los procesos mentales como la memoria, los sentimientos y la consciencia. Para la normal construcción de la corteza cerebral es preciso que durante el desarrollo embrionario ocurran una serie de procesos fundamentales a nivel de las células del tubo neural embrionario (el esbozo del sistema nervioso central), y que lo hagan con un patrón temporo-espacial adecuados. Los mecanismos moleculares que regulan estos procesos y sus patrones de desarrollo son todavía esencialmente desconocidos.
La proliferación de los precursores neuronales y la migración de las neuronas son probablemente los procesos más decisivos en el desarrollo cerebral y. Por lo tanto, de la corteza cereberal. Como consecuencia de ello, diferentes grados de alteración en la proliferación y/o migración neural producen siempre cuadros malformativos del desarrollo que irán asociados a la aparición de importantes anomalías funcionales. Así, sabemos que este tipo de alteraciones del neurodesarrollo pueden estar produciendo disfunciones cerebrales que sintomáticamente se manifiesten como cuadros clínicos muy diversos, desde psicosis (como esquizofrenia y trastorno bipolar) hasta cuadros de displasia cortical clara con epilepsia y microcefalia (espectro lisencefálico), siendo en muchos casos la discapacidad mental y el deterioro cognitivo otros fenómenos asociados.
El avance del conocimiento acerca de estos procesos del desarrollo cerebral plantea por lo tanto un elevado grado de complejidad, que hay que ir abordando de forma organizada. De manera que parece necesario conocer primero los mecanismos que regulan la especificación de los precursores, es decir la adquisición de propiedades moleculares específicas que definirán su programa de diferenciación (regulado fundamentalmente por expresión de genes en los progenitores del epitelio neural). Para estudiar después como las células producidas (neuronas y glía) desarrollan su programa de diferenciación específico, es decir: elección de mecanismos migratorios (radial o tangencial), distribución en regiones específicas (desarrollo de núcleos o capas) y maduración funcional de las neuronas (neurotransmisores, receptores y sinaptogénesis).
Nos planteamos estudiar estos mecanismos de desarrollo y maduración neuronal, y los factores moleculares que los controlan y regulan, en la corteza cerebral de ratones; utilizando como herramienta molecular principal la expresión y función del gen Lis1, responsable de la lisencefalia en humanos cunado esta ausente. Como modelo animal utilizaremos el ratón y disponemos de un modelo murino de lisencefalia donde el gen Lis1 esta mutado: lis1/sLis1, en una región de mutación frecuente en humanos. Así mismo buscaremos y estudiaremos las relaciones funcionales de Lis1 con la expresión de otros genes, gracias a la base de datos EUREXPress, en cuya generación hemos colaborado en el marco de un proyecto europeo (para más información ver la página www.eurexpress.org). En esta base podremos acceder al estudio de 16.000 expresiones en embriones de ratón (en la actualidad se han anotado casi 14.000), para: 1) determinar qué genes pueden estar expresados de forma asimétrica en el esbozo de la corteza cerebral en relación con la actividad de Lis1 (polaridad citoesqueleto, orientación mitosis, motilidad celular,…); 2) localizar gradientes morfogenéticos relacionados con regionalización molecular del cortex, y 3) describir marcadores específicos de subpoblaciones neuronales en la corteza cerebral . Un ejemplo de l apotencia de esta base se puede observar en la Figura 2.
Nuestra aproximación será multidisciplinar con la aplicación de herramientas de embriología experimental, biología molecular y genética, así como registros electrofisiológicos. Estos resultados serán utilizados en el análisis molecular de alteraciones genéticas del desarrollo cortical en humanos (displasias corticales) y en personas con psicosis funcionales (esquizofrenia y trastorno bipolar).
Lis1 fue descrito como el gen cuyas mutaciones producen el Síndrome de Miller Dieker o lisenceflia tipo 1 (Dobyns et al., 1993; Reiner et al., 1995). En los últimos años se ha estudiado profusamente los mecanismos de actuación de este gen tanto en el desarrollo normal como en las situaciones patológicas (revisado en Reiner et al., 2002; Reiner et al., 2006; Wynshaw-Boris, 2006). Así mismo se ha identificado la región cromosómica donde se sitúa el gen Lis1 como una región importante donde se sitúan genes necesarios para el desarrollo normal de la corteza cerebral fundamentalmente en colaboración funcional con Lis1, de manera que se habla de “región crítica de lisencefalia”. Sabemos que Lis1 esta implicado en los procesos de proliferación de los precursores neurales durante el desarrollo temprano del cerebro, actuando mediante la regulación de la orientación del eje mitótico de las células neuroepiteliales (Yingling et al. 2008). Este proceso es determinante para el patrón de producción de neuronas en cada región del encéfalo, regulando tanto el tipo de neuronas que se producen como el número. Esto es bien interesante para entender el desarrollo posterior de la estructura del cerebro, en general, y la corteza cerebral, en particular; ya que empiezan a publicarse evidencias que muestran como diferentes tipos de células neurales se generan a partir de poblaciones de precursores localizadas en regiones precisas del neuroepitelio (Spassky et al., 1998; 2000; Oliver et al., 2001; Cobos et al., 2001; Flames et al., 2007; Fogarty et al., 2007; Delaunay et al., 2009). Lo dicho implica que la especificación de estos precursores es un fenómeno precoz del desarrollo (posiblemente controlado por los procesos de regionalización molecular anteriormente mencionados). Esto conlleva también el que las células neurales (neuronales y glia) han de desarrollar movimientos migratorios complejos para llegar a sus destinos específicos en el parenquima cerebral, donde madurarán estructural y funcionalmente (Marin and Rubenstein, 2006). Lis1 también esta implicado en estos procesos de migración de células neurales, manifestándose sobretodo en la corteza cerebral (Kerjan et al., 2007; Tsai et al., 2007; Umeshima 2007).
Nuestros trabajos sobre el papel del gen Lis1 en el desarrollo de la corteza cerebral nos ha permitido conocer como se expresa el gen en el encéfalo embrionario, iniciándose de forma asimétrica en el epitelio neural de las vesículas telencefálicas (primero en la izquierda; Fig. 1), hasta su expresión simétrica del periodo postnatal (Tesis de Doctorado de T. Escamez). También hemos descrito el fenotipo estructural (Cahana et al., 2001) y características electrofisiológicas de las neuronas corticales (Tesis de Doctorado de L. Valdes y Valdes et al., 2007) de un modelos de ratón mutante para este gen: mutante Lis1/sLis1. Gracias a este modelo animal hemos podido apreciar que además del efecto autónomo celular característico de la actividad de Lis1 en el control del motor celular (regulando la actividad de la dineina en su unión a microtubulos; Wynshaw-Boris, 2006; Yingling et al. 2008), un efecto de substrato que incrementa el fenotipo estructural en el mutante. Es pues importante conocer hasta que punto las alteraciones del microambiente sobre el que se mueve la célula migratoria contribuyen a los síntomas derivados de las alteraciones de Lis1 en humanos.