Rol de los microRNAs en el neurodesarrollo y en la encefalitis herpética : un modelo basado en organoides cerebrales humanos

Morando, Nicolás

Registro:

Documento:	Tesis Doctoral
Título:	Rol de los microRNAs en el neurodesarrollo y en la encefalitis herpética : un modelo basado en organoides cerebrales humanos
Título alternativo:	Role of microRNAs in neurodevelopment and herpes encephalitis : a model based on human brain organoids
Autor:	Morando, Nicolás
Editor:	Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales
Lugar de trabajo:	Universidad de Buenos Aires - CONICET. Instituto de Investigaciones Biomédicas en Retrovirus y Sida (INBIRS)
Fecha de defensa:	2026-03-26
Fecha en portada:	2026
Grado Obtenido:	Doctorado
Título Obtenido:	Doctor de la Universidad de Buenos Aires en el área de Química Biológica
Departamento Docente:	Departamento de Química Biológica
Director:	Pando, María de los Ángeles
Director Asistente:	Rosenzvit, Mara Cecilia
Consejero:	Cochón, Adriana Cristina
Jurado:	Magnani, Natalia Daniela; Fernández Do Porto, Darío Augusto; De Luca, Paola
Idioma:	Español
Formato:	PDF
Handle:	https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n7915_Morando
PDF:	https://bibliotecadigital.exactas.uba.ar/download/tesis/tesis_n7915_Morando.pdf
Registro:	https://bibliotecadigital.exactas.uba.ar/collection/tesis/document/tesis_n7915_Morando
Ubicación:	QUI 007915
Derechos de Acceso:	Esta obra puede ser leída, grabada y utilizada con fines de estudio, investigación y docencia. Es necesario el reconocimiento de autoría mediante la cita correspondiente. Morando, Nicolás. (2026). Rol de los microRNAs en el neurodesarrollo y en la encefalitis herpética : un modelo basado en organoides cerebrales humanos. (Tesis Doctoral. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales). Recuperado de https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n7915_Morando

Resumen:

La encefalitis herpética es la forma más común, esporádica y fatal de encefalitis, siendo el Virus Herpes Simplex 1 (HSV-1) el principal agente causal. Dadas las limitaciones de los modelos animales para recapitular procesos y características específicos al sistema nervioso central (SNC) humano, los organoides cerebrales han surgido como un modelo experimental prometedor. Se trata de cultivos en 3D autoorganizados derivados de células madre pluripotentes, capaces de generar una gran diversidad de tipos celulares propios de la corteza cerebral. Los microRNAs (miRNAs) son RNAs pequeños de ~22 nucleótidos no codificantes monocatenarios con la capacidad de silenciar la expresión de genes específicos a nivel postranscripcional, uniéndose de manera complementaria a una porción del ARNm blanco. El HSV-1 codifica miRNAs capaces de regular tanto transcriptos virales como del hospedador; asimismo, los miRNAs celulares pueden interactuar con transcriptos virales y modular su expresión, así como la de transcriptos celulares involucrados en la interacción con el virus. El objetivo de esta tesis fue estudiar el rol de los miRNAs en el sistema nervioso central humano, tanto en un contexto fisiológico (neurodesarrollo) como patológico (infección por HSV-1). En ambos casos, se eligió como sistema modelo al organoide cerebral humano, en particular, organoides de telencéfalo humano. Consistentemente con lo reportado en la literatura, los miRNAs asociados a pluripotencia disminuyeron drásticamente su expresión en los primeros 30 días de desarrollo del organoide, mientras que los miRNAs asociados a neuronas y progenitores neuronales fueron aumentando su expresión, siendo los más expresados al día 60. Asimismo, se encontraron varios miRNAs con dinámicas similares a los miRNAs cerebrales pero que no han sido descriptos funcionalmente. Si bien no pudo apreciarse un cambio global en el perfil de miRNAs al perturbar su biogénesis, esto causó la activación de 244 genes y la represión de 99 genes, siendo la vía de WNT, crucial durante el neurodesarrollo, una de las más afectadas. En el contexto patológico, se detectaron tres miRNAs inhibidos frente a la infección de los organoides con HSV-1. En organoides conteniendo células microglía-like, 100 miRNAs fueron inhibidos. El número de genes codificantes de proteínas desregulados en todas las condiciones varió entre 1.095 y 1.483, siendo la mayoría activados. Dentro de las vías desreguladas se destacan vías relacionadas a la respuesta inmune, procesos relacionados al desarrollo y la organización cerebral/neuronal (vía de WNT), y la termogénesis. Por otro lado, la mayoría de las herramientas bioinformáticas de predicción de interacciones miRNA-mRNA emplean una temperatura constante de 37°C, sin tener en cuenta que la temperatura afecta la accesibilidad del sitio blanco. Por este motivo, se desarrolló en esta tesis una herramienta bioinformática para tener en cuenta este efecto. Dicha herramienta se aplicó a interacciones miRNA-blanco relevantes para HSV-1, y se observó que la accesibilidad aumenta linealmente con la temperatura, con una diferencia de accesibilidad promedio de 1,2 kcal/mol entre los 37°C y 43°C. Los blancos potencialmente más termosensibles incluyeron tanto genes con función antiviral como proviral. El perfil de expresión de miRNAs a lo largo del desarrollo del organoide confirma su utilidad como modelo y permitirá identificar potencialmente miRNAs sin funciones descriptas en el SNC humano. Los cambios radicales causados por la perturbación de la biogénesis de miRNAs ponen en evidencia la importancia de los miRNAs durante el neurodesarrollo humano. El mayor número de miRNAs afectados por la infección por HSV-1 en presencia de células microglía-like pone en evidencia la relevancia del componente inmune para un modelo del SNC. El abordaje in silico permitió detectar interacciones miRNA-blanco potencialmente termosensibles. Sin embargo, dado que tanto miRNAs pro- como antivirales se verían afectados por la temperatura el efecto global de la hipertermia sobre la replicación del virus resulta difícil de predecir, ya que el mismo dependerá de los miRNAs-mRNAs que se estén coexpresando en cada situación.

Abstract:

Herpes encephalitis is the most common, sporadic, and fatal form of encephalitis, with Herpes Simplex Virus 1 (HSV-1) being the main causative agent. Given the limitations of animal models in recapitulating processes and characteristics specific to the human central nervous system (CNS), brain organoids have emerged as a promising experimental model. These are self-organizing 3D cultures derived from pluripotent stem cells, capable of generating a wide variety of cell types found in the cerebral cortex. miRNAs are small, ~22-nucleotide, single- stranded non-coding RNAs with the ability to silence the expression of specific genes at the post-transcriptional level by binding complementarily to a portion of the target mRNA. HSV- 1 encodes miRNAs capable of regulating both viral and host transcripts; at the same time, cellular miRNAs con interact with viral transcripts and modulate their expression, as well as that of cellular transcripts involved in host-virus interaction. The objective of this thesis was to study the role of miRNAs in the human central nervous system, both in a physiological context (neurodevelopment) and a pathological context (HSV- 1 infection). In both cases, the human brain organoid, in particular human telencephalon organoids, was chosen as the model system. Consistent with what has been reported in the literature, miRNAs associated with pluripotency decreased dramatically in expression during the first 30 days of organoid development, while miRNAs associated with neurons and neural progenitors were the most highly expressed miRNAs on day 60. Likewise, several miRNAs with dynamics similar to those of brain miRNAs but which have not been functionally described were found. Although no overall change in the miRNA profile could be observed when their biogenesis was disrupted, this caused the activation of 244 genes and the repression of 99 genes, with the WNT pathway, crucial during neurodevelopment, being one of the most affected. Three miRNAs were detected to be inhibited when the organoids were infected with HSV-1. When microglia-like cells were introduced into the organoid, 100 miRNAs were inhibited. The number of deregulated genes ranged from 1,095 to 1,483, most of which were activated. Among the deregulated pathways, those related to the immune response, processes related to brain/neuronal development and organization (WNT pathway), and thermogenesis stand out. Applying a bioinformatics tool specially developed for miRNA-target interactions relevant to HSV-1, it was observed that accessibility increases linearly with temperature, with an average accessibility difference of 1.2 kcal/mol between 37°C and 43°C. The most potentially thermosensitive targets included both antiviral and proviral function genes. The expression profile of miRNAs throughout organoid development confirms its usefulness as a model and will potentially allow the identification of miRNAs with no described functions in the human CNS. The radical changes caused by the disruption of miRNA biogenesis highlight the importance of miRNAs during human neurodevelopment. The higher number of miRNAs affected by HSV-1 infection in the presence of microglia-like cells highlights the relevance of the immune component for a CNS model. The in silico approach allowed the detection of potentially thermosensitive miRNA-target interactions. However, given that both pro- and anti-viral miRNAs would be affected by temperature, the overall effect of hyperthermia on virus replication is difficult to predict, as it will depend on the miRNAs- mRNAs that are co-expressed in each situation.

Citación:

---------- APA ----------

Morando, Nicolás. (2026). Rol de los microRNAs en el neurodesarrollo y en la encefalitis herpética : un modelo basado en organoides cerebrales humanos. (Tesis Doctoral. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales.). Recuperado de https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n7915_Morando

---------- CHICAGO ----------

Morando, Nicolás. "Rol de los microRNAs en el neurodesarrollo y en la encefalitis herpética : un modelo basado en organoides cerebrales humanos". Tesis Doctoral, Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, 2026.https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n7915_Morando

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