En los mamíferos, la neurogénesis adulta está limitada a dos nichos: el giro dentado del hipocampo y la zona subventricular. La mayoría de las células madre neurales que hay allí se encuentran en un estado de reposo profundo y, con la edad, los nichos quedan encerrados en un microambiente inactivo. Eso hace casi imposible la recuperación del cerebro tras un daño. A diferencia de los vertebrados, los tunicados, parientes cercanos de los vertebrados entre los invertebrados, muestran una capacidad de regeneración asombrosa. La ascidia colonial Botryllus schlosseri reabsorbe por completo cada semana a los zooides adultos y los sustituye por otros nuevos, criados a partir de los brotes. Y cada zooide tiene su propio cerebro, que también se renueva por completo. Un sistema así permite estudiar la neurogénesis en un régimen natural y continuo, y no en una regeneración provocada artificialmente. El trabajo destaca entre los estudios de biología celular y evolución porque reúne en un mismo objeto un atlas celular, un mapa espacial y pruebas funcionales.
Los científicos aislaron a mano los complejos nerviosos (el cerebro junto con la glándula neural adyacente) de zooides adultos en una fase temprana del ciclo. El tejido se disgregó en células individuales mediante tratamiento enzimático, se clasificaron por tamaño y granularidad con FACS y se enviaron a secuenciación de ARN por el método Smart-seq3. Tras el control de calidad quedaron 470 células y 17 118 genes. La agrupación por clústeres reveló seis estados transcriptómicos. Para la localización espacial se usó hibridación in situ con amplificación de señal (HCR-FISH) en colonias enteras, y para evaluar la proliferación, tinción de la fosfohistona H3. Además, se hizo secuenciación masiva de ARN de los complejos nerviosos en distintas fases del ciclo y en colonias de distintas edades. Por último, las células del complejo nervioso se marcaron con el colorante fluorescente DiD y se trasplantaron al sistema vascular de receptores compatibles para seguir su destino in vivo.
El atlas reveló seis estados celulares: progenitores (SOX2, MSI1, NOTCH1), neuronales (NALCN, CHAT, ACHE), neuroendocrinos (GHSR, GATA2), epiteliales secretores (CYP2C5, SFTPA1), inmunes (CLEC4D, CALHM6) y de transición (HOXA4, NOS1). El mapa espacial mostró que las células progenitoras se sitúan alrededor del cerebro, no dentro de él, y que la división activa (PH3+) en los zooides adultos se limita a las fases tempranas del ciclo y se localiza en el órgano dorsal y en la glándula neural. El análisis de trayectorias vinculó el estado progenitor con el neuronal, y las células con NEUROG1 se dividían activamente, mientras que las células con SOX2 eran heterogéneas. La secuenciación masiva mostró que las firmas de las células progenitoras y secretoras aumentan hacia el final del ciclo, mientras que las inmunes y de transición disminuyen. En las colonias viejas (hasta 6845 días) cambiaban las proporciones de los programas celulares al inicio del ciclo. Las células pequeñas trasplantadas aparecían en los brotes en desarrollo, en el cerebro de la generación de reemplazo y se acumulaban junto a la glándula neural dañada.
El trabajo muestra por primera vez que el cerebro adulto del tunicado no es un ganglio homogéneo, sino un territorio estructurado con nichos bien definidos para las células progenitoras. Eso lo distingue de estudios vecinos que describían genes sueltos o la morfología, pero no la composición celular en dinámica. La detección de un compartimento progenitor con marcadores conservados (SOX2, NOTCH, HES) y su vínculo con la diferenciación neuronal apunta a un programa de neurogénesis evolutivamente antiguo que en los vertebrados quedó suprimido. El hecho de que las células del complejo nervioso migren a los brotes y al lugar del daño sugiere la existencia de un sistema de anidamiento similar al de las células madre sanguíneas. Esto plantea cómo coordina la colonia la distribución de las células progenitoras entre los zooides.
El siguiente paso es seguir el destino de células progenitoras concretas con líneas trazadoras para demostrar su contribución a las nuevas neuronas. Es importante identificar los receptores quimiotácticos que dirigen las células hacia los brotes y hacia las lesiones. La tarea a largo plazo es entender por qué en las colonias viejas se desincronizan los programas celulares y si eso se puede revertir. Si los mecanismos de mantenimiento de las células madre de Botryllus resultan conservados, se podrá buscarlos en los vertebrados. También queda por averiguar cómo evitan las células del complejo nervioso acumular mutaciones a lo largo de miles de ciclos de división.
Los resultados son relevantes para la neurobiología del desarrollo, la gerontología y la medicina regenerativa. Ofrecen un modelo comparativo para estudiar cómo las células madre del cerebro pueden sostener una renovación de por vida sin transformarse en tumores.
Hay que hacer trazado de linajes con marcas genéticas y estudiar los receptores de anidamiento. También conviene comprobar cómo se comportan las células trasplantadas a largo plazo y si son capaces de diferenciarse en neuronas.
Para la neurobiología, el gran problema sin resolver es cómo sacar a las células madre neurales del estado de reposo en los mamíferos adultos. Botryllus demuestra que la neurogénesis continua es posible si las células progenitoras se encuentran en un microambiente activo. Otro problema es el envejecimiento de las células madre: en la ascidia los cambios por edad no surgen en las neuronas (que viven una semana como máximo), sino en el propio conjunto de progenitores, algo que recuerda al envejecimiento de las células madre hematopoyéticas.
Cada neurona adulta de Botryllus schlosseri vive como máximo siete días. En diez años, la colonia pasa por más de 500 ciclos completos de regeneración del cerebro, y ninguna neurona llega viva a la semana siguiente.
La idea de sustituir órganos de forma cíclica recuerda a «Dune», de Frank Herbert, donde las cubas axolotl cultivan cuerpos nuevos, pero en Botryllus esto ocurre de forma natural y sin intervención externa.
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