Registran 306 variantes genéticas ligadas a la estructura cerebral y al riesgo de contraer enfermedades

Con base en imágenes de resonancia magnética cuantitativa, científicos analizaron el volumen cortical de 51.665 personas y correlacionaron estos datos con marcadores genéticos

Por Karina Toledo  |  Agência FAPESP – En el marco de un estudio que contó con la participación de más de 360 científicos de 184 instituciones de todo el mundo, se mapearon pequeñas variaciones del genoma humano capaces de influir sobre la arquitectura de la corteza cerebral y sobre la predisposición a contraer enfermedades tales como la esquizofrenia, la epilepsia, el autismo, el trastorno bipolar, la anorexia, la depresión, la demencia y varias otras. Y sus resultados salieron publicados en la revista Science.

Con base en exámenes de 51.665 personas de diversos países, los científicos identificaron 306 variantes genéticas que influyen en la estructura de áreas claves del cerebro. Esta investigación tuvo lugar en el ámbito de un consorcio internacional denominado ENIGMA (acrónimo en inglés de Mejora de Neuroimágenes Genéticas Mediante Metaanálisis), dedicado a estudiar diversas enfermedades neurológicas y psiquiátricas. Entre los integrantes del mismo se encuentra el Instituto de Investigaciones en Neurociencias y Neurotecnología (BRAINN) de la Unicamp, la Universidad de Campinas, con sede en el estado de São Paulo, en Brasil. El BRAINN es un Centro de Investigación, Innovación y Difusión (CEPID) que cuenta con el apoyo de la FAPESP.

“Se trata del mayor estudio por neuroimágenes hasta ahora realizado concerniente a la corteza cerebral humana. Los datos permiten delinear el primer mapa de la arquitectura genética del cerebro humano”, declaró a Agência FAPESP Fernando Cendes, docente de la Unicamp y coordinador del BRAINN.

Según el investigador, la principal ventaja de reunir un conjunto tan grande de información reside en la posibilidad de detectar incluso alteraciones sumamente discretas en la estructura cerebral, que pasarían desapercibidas en otras situaciones. “Estos resultados nos permiten entender mejor el funcionamiento y la estructura del cerebro normal y también la del cerebro enfermo”, afirmó Cendes.

Dos tipos de análisis

Los análisis descritos en Science se basan en dos grandes conjuntos de datos. El primero de ellos incluye imágenes de resonancia magnética cerebral cuantitativa, con las cuales los investigadores calcularon el volumen cortical de los individuos analizados. Alrededor de 25 mil participantes estaban sanos e hicieron las veces de grupo de control. Los demás eran pacientes afectados por insomnio, síntomas depresivos, trastorno de déficit de atención con hiperactividad (TDAH), epilepsia y la enfermedad de Parkinson.

“La corteza es la capa exterior del cerebro, compuesta por la sustancia gris, repleta de surcos y giros. Es el área más sofisticada y rica en neuronas, responsable de funciones cognitivas complejas, tales como el lenguaje, las emociones, la memoria y el procesamiento de información”, explicó Cendes.

En el estudio, la corteza quedó dividida en 34 áreas consideradas relativamente homogéneas. En cada una de esas zonas se midieron dos parámetros: el espesor cortical (la altura existente entre la sustancia blanca, debajo de la corteza, y la duramadre, la meninge que recubre el cerebro) y el área cortical (el área total de cada una de las 34 áreas).

“Todos los grupos aplicaron una técnica que permite realizar la adquisición de imágenes tridimensionales en alta resolución. Con la ayuda de algoritmos computacionales, las mediciones se concretaron en forma automática prácticamente. Esto es importante, pues se elimina así el sesgo de quien examina”, explicó Cendes.

El otro conjunto de datos abarca las secuencias completas de los genomas de los participantes y de muestras de tejido depositadas en bancos de cerebros, lo que les permitió a los investigadores analizar marcadores genéticos tales como los polimorfismos de un solo nucleótido (SNPs, por sus siglas en inglés), por ejemplo, variaciones en la secuencia de ADN que afectan únicamente a una base (adenina, timina, citosina o guanina) y hacen posible comparar genomas de distintos individuos.

Con todos los datos en manos, el paso siguiente consistió en correlacionar las mediciones corticales con las variaciones presentes en los genes para luego comparar los patrones observados en individuos sanos con los registrados en personas acometidas por distintos síntomas y enfermedades.

Cada grupo de investigación analizó localmente los datos de sus pacientes e individuos de control. Al final, se llevó a cabo un metaanálisis bajo la coordinación de Katrina Grasby y otros integrantes del Grupo de Investigaciones en Genética Psiquiátrica del QIMR Berghofer Medical Research Institute, en Australia, en colaboración con investigadores de la University of Southern California y de la University of North Carolina at Chapel Hill, ambas en Estados Unidos. El BRAINN aportó datos de 150 brasileños.

Al final, se elaboró una especie de mapa que permite identificar qué áreas de la corteza de una persona con epilepsia han aumentado de volumen o si ha disminuido en comparación con un individuo sin la enfermedad, por ejemplo, como así también qué genes se correlacionan con dichas alteraciones.

“Estos resultados nos permiten arribar a una mejor comprensión de los genes relacionados con el desarrollo de cada una de las 34 áreas de la corteza estudiadas. Y nos muestran que tanto las alteraciones de la arquitectura cortical como las variantes genéticas pueden predisponer a las personas a contraer determinadas enfermedades”, comentó Cendes.

Según Grasby, este estudio demostró que las variantes genéticas asociadas a una disminución del volumen cortical también contribuyen para que exista un mayor riesgo de TDAH, depresión e insomnio. "Esto nos suministra un punto de partida para explorar aún más ese vínculo genético entre la estructura del cerebro y los trastornos”, dijo la australiana.

De acuerdo con Cendes, también fue posible identificar una correlación entre algunos genes y áreas corticales específicas con el rendimiento cognitivo y el nivel educativo.

“Aún está lejos de ser una correlación del 100%, esto es, aún existen otros diversos genes relacionados con la predisposición a cada una de las enfermedades o funciones cognitivas investigadas que no han sido identificados. Así y todo, con base en este primer estudio, es posible delinear un análisis a una escala aún mayor y aplicar técnicas de inteligencia artificial para hallar potenciales biomarcadores de enfermedades complejas que afectan al cerebro”, dijo Cendes.

El objetivo final del grupo consiste en entender de qué manera modulan la estructura cerebral los genes e identificar conjuntos de alteraciones genéticas que podrían predecir si una persona está más sujeta a desarrollar una determinada enfermedad.

“Sería un paso en dirección hacia la medicina personalizada. De saber de qué manera difieren los cerebros de las personas, podremos adecuar los tratamientos e incluso orientar medidas de prevención más específicas”, dijo el coordinador del BRAINN.

Puede leerse el artículo intitulado The genetic architecture of the human cerebral cortex en el siguiente enlace: science.sciencemag.org/content/367/6484/eaay6690.