Regulación transcripcional del desarrollo de la corteza cerebral
La corteza cerebral de mamíferos es la estructura biológica más compleja del reino animal y está a cargo de nuestras funciones cognitivas superiores. Su desarrollo está coordinado por genes que controlan la identidad y el comportamiento de los precursores neuronales y que se presentan complejos patrones de expresión. Dichos genes están regulados por combinaciones de secuencias no- codificantes (a las cuales nos referimos como elementos reguladores en cis –ERCs) que pueden ubicarse a largas distancias genómicas de sus loci diana e interactúan con ellos a través del establecimiento de bucles en la cromatina. Si bien los enfoques -ómicos han permitido la identificación de más de un millón de CRE putativos en el genoma humano, así como la caracterización de su organización 3D, las funciones del genoma no codificante permanecen en gran medida sin explorar. Además, la fuerte divergencia anatómica y de desarrollo de la corteza de los primates, junto con la alta plasticidad evolutiva de las secuencias reguladoras de genes, limita el uso del organismo modelo clásico para el estudio de los genes del neurodesarrollo humano. Nuestro grupo combina el uso de cultivos de organoides de cerebro humano con enfoques de genómica funcional y técnicas de secuencias de próxima generación para el estudio de los perfiles transcripcionales, de interacción y epigenéticos de la cromatina para abordar las siguientes cuestiones biológicas:
1) Estudio del papel del genoma no codificante en la expresión génica del neurodesarrollo y su relación con el desarrollo patológico de la corteza cerebral. Utilizamos enfoques bioquímicos, y métodos de edición genómica por CRISPR/Cas9 y de transgénesis para identificar y caracterizar las funciones de los ERCs que controlan la expresión de genes clave de neurodesarrollo. Un ejemplo es el gen TBR2 humano, un factor de transcripción que juega un papel importante en el proceso de neurogénesis cortical. Además, las mutaciones en CRE se han relacionado con anomalías cerebrales graves, logros educativos y/o enfermedades neuropsiquiátricas. Por lo tanto, nuestro objetivo es establecer un marco metodológico basado en organoides para el estudio de cómo el mapeo de polimorfismos de secuencia en CRE y asociados con condiciones patológicas impactan la actividad potenciadora y la regulación de sus genes diana, lo que lleva a alteraciones/trastornos congénitos cerebrales.
2) Análisis del papel de la arquitectura 3D de la cromatina en la regulación de la expresión génica. Los genomas de eucariotas superiores están organizados jerárquicamente en estructuras 3D que contribuyen a la regulación de la expresión génica. Los Dominios Topológicamente Asociados (TADs), son estructuras 3D en las que se favorecen las interacciones entre los secuencias de ADN contenidas en ellas (p. ej.: genes-enhancers) al mismo tiempo que se limitan los contactos con elementos situados en otras TADs. Las TADs constituyen la unidad fundamental en la organización del genoma y a Los TAD a menudo coinciden y delimitan la extensión de los paisajes reguladores de genes. De hecho, alteraciones en la organización de las TADs (por ejemplo, como consecuencia de deleciones/inversiones genómicas) se han relacionado con graves defectos de desarrollo. Usamos genómica funcional y técnicas de captura de la conformación de la cromatina para evaluar la organización 3D de los dominios reguladores de los genes del neurodesarrollo y comprender cómo contribuye a su regulación.
3) Caracterización de los mecanismos epigenéticos que controlan la actividad de las secuencias reguladoras. El acceso de los factores de transcripción y la maquinaria transcripcional a los ERCs depende de actividades enzimáticas que modulan la compactación y posición de los nucleosomas, así como de su composición de histonas y de las modificaciones postraduccionales las mismas. Si bien los modificadores epigenéticos generalmente se expresan de forma bastante ubicua, su pérdida de función a menudo se asocia con alteraciones especificas del desarrollo cerebral. Nosostros investigamos los mecanismos epigenéticos que contribuyen a la regulación del proceso de neurogénesis cortical humana y cómo su alteración conduce a condiciones patológicas cerebrales.
En particular, actualmente estamos abordando el papel del gen CHD2, un miembro de la familia CHD de remodeladores de la cromatina, que aprovechan la energía de la hidrólisis del ATP para modificar la composición histónica de los nucleosomas y/o su compactación. Las mutaciones en la secuencia codificante de CHD2 se han asociado con un amplio espectro de trastornos del neurodesarrollo, que incluyen encefalopatía epiléptica, autismo, déficit cognitivo, microcefalia, etc. De hecho, CHD2 es el modificador epigenético mutado con mayor frecuencia en trastornos epilépticos. Nosotros combinamos la edición del genoma CRISPR y los cultivos de organoides cerebrales humanos con la caracterización de los perfiles transcripcionales y epigenéticos de cromatina para estudiar (i) los mecanismos moleculares por los que CHD2 contribuye a la generación de neuronas corticales glutamatérgicas y gabaérgicas, y (ii) cómo distintas mutaciones impactan el desarrollo de la corteza cerebral, dando lugar a la diversidad de fenotipos patológicos observados en pacientes.
| Apellidos | Nombre | Laboratorio | Ext.* | Categoría profesional | |
|---|---|---|---|---|---|
| Arcos Ortiz | Alexandra | 426 | 4720 | Becario Erasmus | |
| Beccari | Leonardo | 426 | 4720 | lbeccari(at)cbm.csic.es | Doctor FC3 |
| Felipe Cordero | Daniel | 425 | 4676 | dfelipe(at)cbm.csic.es | Estudiante TFM |
| Mañes García | Jorge | 426 | 4720 | jorge.manes(at)cbm.csic.es | M3 Predoc.formación |
| Marco Ferreres | Raquel | 426 | 4720 | raquel.marco(at)cbm.csic.es | M3 |
| Martín Sanz | Diego | 426 | 4720 | Estudiante TFG |
