Si bé varis dels senyals químics que promouen el desenvolupament del còrtex han estat definits en els últims anys, el paper que juguen els senyals mecànics i les forces de tracció cel·lular presents en aquest procés ha romàs, fins ara, desconegut. Per primera vegada, un equip científic liderat per l’Institut de Bioenginyeria de Catalunya (IBEC) en col·laboració amb la Universitat de Barcelona (UB) descriu el rol dels senyals mecànics en el desenvolupament cortical en un tipus concret de cèl·lules, les cèl·lules de Cajal-Retzius.
Les cèl·lules de Cajal-Retzius, descobertes per Santiago Ramón y Cajal i Gustaf Retzius en 1890 i 1892, respectivament, són les primeres neurones que s’originen en l’escorça cerebral embrionària. En ratolins, aquestes cèl·lules es generen entre els dies vuit i tretze del desenvolupament embrionari en quatre àrees proliferatives del cervell localitzades fora de l’escorça cerebral. A partir d’aquestes regions, els diferents grups de cèl·lules de Cajal-Retizus migren tangencialment de forma molt ràpida per a situar-se en una zona superficial de l’escorça denominada preplaca cortical.
Amb aquesta migració coordinada, les neurones de Cajal-Retzius promouen la posterior formació de les capes de l’escorça cerebral tal com les podem observar en l’edat adulta. D’acord amb els resultats de l’estudi, l’acció coordinada dels senyals químics i mecànics presents en la matriu extracelul·lar de la capa superficial de l’escorça (també denominada zona marginal o capa I) guia la migració i la distribució de les cèl·lules de Cajal-Retzius en l’escorça en desenvolupament.
Neurobiotecnología per a entendre el desenvolupament cortical primerenc
Per a conèixer els diferents senyals mecànics que guien la migració de les neurones pioneres, l’equip liderat per José Antonio del Río, investigador principal del grup de Neurobiotecnologia Molecular i Cel·lular de l’IBEC, va dur a terme diverses aproximacions experimentals.
“En la hipòtesi de partida pensem que les possibles diferències en la rigidesa de la matriu extracelul·lar entre diferents regions podien ser un factor a tenir en compte en analitzar la migració cel·lular. Per això, decidim observar mitjançant microscòpia de forces atòmiques els canvis de rigidesa regionals i mimetitzar les diferències en cultius emprant bastides tridimensionals”, afirma del Río, qui també és Catedràtic de Biologia Cel·lular de la Facultat de Biologia de la Universitat de Barcelona, membre de l’Institut de Neurociències de la mateixa Universitat (UBNeuro) i de Ciberned. Així, l’equip va posar a punt fins a vuit tipus de cultiu diferents. “Després conreem en aquestes bastides cèl·lules de Cajal-Retzius generades en les diferents regions i analitzem el seu comportament”.
Però, com detecten les cèl·lules de Cajal-Retzius les diferències de rigidesa de la matriu extracelul·lar? “La resposta podria estar lligada a l’existència de canals iònics implicats en mecanotransducció en aquest tipus cel·lular”, comenta del Río. “Per a avaluar-lo, desenvolupem un experiment de pèrdua de funció utilitzant un verí d’aranya que inhibeix els canals mecanosensibles catiònics. De manera que les cèl·lules de Cajal-Retzius eren capaces de “sentir” canvis de rigidesa extracelul·lar. A més, vam poder comprovar que diferents grups de cèl·lules de Cajal-Retzius presenten diferències intrínseques en la capacitat d’exercir forces mecàniques sobre el substrat.”
Gràcies a aquests experiments, l’equip investigador ha pogut concloure que les capacitats mòbils de les cèl·lules de Cajal-Retzius i la seva distribució en l’escorça cerebral també estan modulades per les propietats mecàniques específiques de les pròpies cèl·lules de Cajal-Retzius depenent de la seva zona d’origen i de la rigidesa diferencial de les rutes migratòries que segueixen els diferents grups de cèl·lules de Cajal-Retzius.
La importància de la mecanobiología en la neurobiologia del desenvolupament
En humans, una mala funció o migració de les cèl·lules de Cajal-Retzius pot donar lloc a lissencefàlies, malalties que es manifesten per l’absència de plecs en l’escorça cerebral i l’esperança de vida de la qual, lamentablement, és de pocs anys.
“Pel seu elevat impacte, pensem que la mecanobiología adquirirà cada vegada més rellevància, no sols en l’estudi i comprensió del desenvolupament de teixits i òrgans (entre ells el cervell), sinó també per a entendre els processos responsables de malformació tissular. Tota aquesta informació serà de gran utilitat en la prevenció de malalties en diversos òrgans i teixits, com les lissencefàlies”
J. Antonio del Río
Article de referència: López-Mengual, Ana; Segura-Feliu, Miriam; Sunyer, Raimon; Sanz-Fraile, Héctor; Otero, Jorge; Mesquida-Veny, Francina; et al. (2022): Involvement of Mechanical Cues in the Migration of Cajal-Retzius Cells in the Marginal Zone During Neocortical Development. Frontiers. Collection. https://doi.org/10.3389/fcell.2022.886110