El tunicado Botryllus schlosseri parece como un diminuto organismo con forma de flor
Una pequeña criatura marina con un extraño estilo de vida puede proporcionar valiosa información sobre los trastornos neurodegenerativos humanos, como la enfermedad de Alzheimer, según científicos de Stanford Medicine.
Botryllus schlosseri, también llamado tunicado estelar, es el pariente evolutivo más cercano de los humanos entre los invertebrados marinos. Pegado a las rocas a lo largo de la costa, aparece como un diminuto organismo con forma de flor. Los tunicados estelares comienzan su vida como pequeñas criaturas parecidas a renacuajos con dos cerebros, nadando en el océano. Pero eventualmente bajan a la deriva desde la superficie, estableciéndose en una vida estacionaria en una roca, uniéndose a una colonia de otros tunicados.
A medida que el tunicado, también conocido como ascidia, se adapta a su nuevo estilo de vida, pierde poder cerebral: uno de los dos cerebros, cuyo uso para la navegación marítima está ahora obsoleto, comienza a disolverse. La forma en que el cerebro de los invertebrados degenera y desaparece tiene importantes paralelismos con la forma en que el cerebro degenera en los trastornos neuronales humanos, dijo Irving Weissman, MD, director del Instituto de Biología de Células Madre y Medicina Regenerativa.
En un artículo científico, Weissman y sus colegas demostraron que muchos de los genes asociados con la neurodegeneración en Botryllus tienen análogos a los genes asociados con la neurodegeneración en humanos. Además, dijeron los investigadores, los cambios genéticos que se acumulan durante décadas en las colonias de Botryllus afectan la neurodegeneración en muchas de las mismas formas en que los cambios genéticos relacionados con la edad afectan la neurodegeneración en las personas mayores.
Weissman y otros científicos piensan que Botryllus es el representante moderno del comienzo de la rama vertebrada del árbol de la vida. Creen que todos los animales con columna vertebral evolucionaron primero a partir de este diminuto tunicado marino.
"Aunque el camino que condujo a los humanos se dividió hace mucho tiempo, lo esencial podría permanecer igual", dijo Weissman, que es Virginia y D.K. Ludwig en Investigación Clínica en Investigación del Cáncer, y es el coautor principal del artículo con la científica Ayelet Voskoboynik, Ph.D., quien dirige estudios sobre este organismo marino en la Estación Marina Hopkins de Stanford en Pacific Grove. La académica postdoctoral Chiara Anselmi, Ph.D., es la primera autora del artículo.
Imagen: El sistema nervioso de Botryllus Schlosseri. Crédito: Chiara Anselmi
Dibujos paralelos
El ciclo de vida de Botryllus ofrece muchas ventajas como organismo modelo para estudios de neurodegeneración: Cada semana, cada organismo Botryllus en una colonia se reproduce asexualmente, produciendo de dos a cuatro brotes que se convierten en nuevos organismos. Cada brote completa su desarrollo en dos semanas, vive como adulto durante una semana y luego se deteriora y muere el último día de la tercera semana.
Los investigadores pensaron originalmente que la cantidad de neuronas de Botryllus se mantendría estable durante la mayor parte de la última semana de su etapa adulta, dijo Anselmi. Pero eso no es lo que vieron. "Hay un patrón específico de degeneración neuronal", dijo. "De aproximadamente 1.000 genes que están involucrados en la degeneración neural, encontramos que 428 son genes compartidos por humanos y Botryllus".
Además de su rápido ciclo de vida, Botryllus ofrece otra ventaja como modelo de investigación: parece acumular mutaciones en sus genes de manera similar a los humanos. Las colonias de Botryllus en este estudio existen desde hace más de 20 años. Debido a que los organismos en la colonia se reproducen asexualmente a través de un proceso mediado por células madre, sus células madre son las únicas células en las colonias que se mantienen a lo largo de los años, y lo más probable es que acumulen defectos con el tiempo de la misma manera que lo hacen los genes humanos.
Imagen: Muestreo y métodos utilizados para caracterizar ciclos semanales de neurodegeneración en colonias de B. schlosseri.
Células madre más viejas, cerebros más pequeños
Las personas mayores desarrollan enfermedades neurodegenerativas con más frecuencia que los jóvenes, y las células madre neurales humanas son menos activas cuando son mayores, en comparación con cuando son jóvenes. Se observa un patrón similar en las colonias de Botryllus envejecidas.
"Algo les sucede a las células madre en la colonia en el camino y, después de 20 años, no pueden regenerarse como lo hacían cuando eran jóvenes", dijo Voskoboynik. "Hay una reducción de neuronas de casi el 30% en los cerebros individuales de la colonia envejecida e, incluso en el pico del desarrollo neuronal, las colonias más viejas no pueden igualar la generación neuronal de las colonias jóvenes. Es sorprendente que en un invertebrado se puedan ver los mismos cambios en los genes de jóvenes a viejos que se ven en los humanos que envejecen".
Además, los tunicados en las colonias envejecidas comparten una similitud molecular con las personas que padecen la enfermedad de Alzheimer, la enfermedad neurodegenerativa que generalmente ataca en las últimas décadas de la vida, dijo Voskoboynik. Una de las características de la enfermedad de Alzheimer es la acumulación de placas amiloides, que se crean cuando se juntan las proteínas precursoras de amiloide (APP). "Cuando los individuos en las colonias envejecidas pasan por ese ciclo asexual, no solo producen muchas menos neuronas, sino que esas neuronas tienen una gran cantidad de APP", dijo Weissman.
Debido a que nadie conoce la causa de la enfermedad de Alzheimer o la importancia de las placas amiloides en las neuronas, los investigadores tienen la esperanza de que Botryllus podría ser una poderosa plataforma para estudiar la enfermedad.
"Podemos crear fácilmente 250 descendientes cada semana y estudiar varios aspectos de su desarrollo y degeneración neuronal. Por ejemplo, podemos bloquear vías específicas que podrían conducir a la acumulación de amiloide u otros aspectos de la neurodegeneración del Alzheimer", dijo Weissman.
La investigación se ha publicado el 11 de julio en Proceedings of the National Academy of Sciences: Two distinct evolutionary conserved neural degeneration pathways characterized in a colonial chordate
