Imagen: geralt. Fuente: Pixabay.
Nuestros cerebros almacenan los recuerdos a través de cambios físicos en las sinapsis, las diminutas conexiones entre las neuronas.
Un nuevo estudio realizado por investigadores de la Universidad Duke (Carolina del Norte) y el Max Planck Florida Institute for Neuroscience, ambos de EE.UU., revela inesperados mecanismos moleculares mediante los cuales tienen lugar estos cambios. Publicados en Nature, los resultados también podrían arrojar luz sobre cómo se desarrollan algunas enfermedades, incluidas ciertas formas de epilepsia.
"Estamos empezando a desentrañar algunos de los misterios que subyacen a la adquisición de un recuerdo en el cerebro normal, así como la forma en que un cerebro normal se transforma en un cerebro epiléptico", dice el co-investigador principal del estudio James McNamara, profesor en los departamentos de neurobiología y neurología de la Universidad Duke.
Cuando adquirimos un nuevo recuerdo, las conexiones, o sinapsis, entre ciertos grupos de neuronas se fortalecen. En concreto, el extremo receptor de un par de estas neuronas -que consiste en una pequeña protuberancia llama espina dendrítica- se hace un poco más grande.
Los investigadores sospechan desde hace mucho tiempo que un receptor cerebral llamado TrkB está involucrado en el crecimiento de las espinas cuando aprendemos, pero el nuevo estudio confirma que el receptor es de hecho crucial y ahonda en cómo funciona.
Las tecnologías clave que permitieron este hallazgo incluyen: un sensor molecular que el grupo desarrolló para rastrear la actividad de TrkB, y microscopios que les permitieron visualizar una sola espina en un área de tejido vivo de cerebro de ratón, todo en tiempo real.
El grupo también fue capaz de añadir una pequeña cantidad de producto químico de señalización, glutamato, en esa espina con el fin de imitar lo que ocurre durante el aprendizaje. Esto hizo que las espinas crecieran.
"El cerebro de ratón tiene aproximadamente 70 millones de neuronas, y la mayoría de ellas están salpicadas con miles de espinas", dice McNamara en la información de Duke. "Por lo tanto, poder modelar y estudiar los acontecimientos que ocurren en una sola espina de una única neurona es algo notable."
Sin el receptor TrkB, no se producía el crecimiento de la espina en respuesta a la sustancia química de señalización, descubrió el grupo.
El equipo sospechaba que otro agente, el Factor de crecimiento Neurotrófico Derivado del Cerebro (BDNF), estaba también involucrado, ya que es la llave molecular para el bloqueo de TrkB. Los científicos crearon un sensor molecular para BDNF y mostraron que imitando la señal asociada con el aprendizaje provocaban la liberación de BDNF desde el extremo de recepción de la sinapsis. Esto fue un sorpresa porque el saber convencional sostiene que el BDNF sólo se libera a partir de la neurona emisora, no de la neurona receptora.
Un nuevo estudio realizado por investigadores de la Universidad Duke (Carolina del Norte) y el Max Planck Florida Institute for Neuroscience, ambos de EE.UU., revela inesperados mecanismos moleculares mediante los cuales tienen lugar estos cambios. Publicados en Nature, los resultados también podrían arrojar luz sobre cómo se desarrollan algunas enfermedades, incluidas ciertas formas de epilepsia.
"Estamos empezando a desentrañar algunos de los misterios que subyacen a la adquisición de un recuerdo en el cerebro normal, así como la forma en que un cerebro normal se transforma en un cerebro epiléptico", dice el co-investigador principal del estudio James McNamara, profesor en los departamentos de neurobiología y neurología de la Universidad Duke.
Cuando adquirimos un nuevo recuerdo, las conexiones, o sinapsis, entre ciertos grupos de neuronas se fortalecen. En concreto, el extremo receptor de un par de estas neuronas -que consiste en una pequeña protuberancia llama espina dendrítica- se hace un poco más grande.
Los investigadores sospechan desde hace mucho tiempo que un receptor cerebral llamado TrkB está involucrado en el crecimiento de las espinas cuando aprendemos, pero el nuevo estudio confirma que el receptor es de hecho crucial y ahonda en cómo funciona.
Las tecnologías clave que permitieron este hallazgo incluyen: un sensor molecular que el grupo desarrolló para rastrear la actividad de TrkB, y microscopios que les permitieron visualizar una sola espina en un área de tejido vivo de cerebro de ratón, todo en tiempo real.
El grupo también fue capaz de añadir una pequeña cantidad de producto químico de señalización, glutamato, en esa espina con el fin de imitar lo que ocurre durante el aprendizaje. Esto hizo que las espinas crecieran.
"El cerebro de ratón tiene aproximadamente 70 millones de neuronas, y la mayoría de ellas están salpicadas con miles de espinas", dice McNamara en la información de Duke. "Por lo tanto, poder modelar y estudiar los acontecimientos que ocurren en una sola espina de una única neurona es algo notable."
Sin el receptor TrkB, no se producía el crecimiento de la espina en respuesta a la sustancia química de señalización, descubrió el grupo.
El equipo sospechaba que otro agente, el Factor de crecimiento Neurotrófico Derivado del Cerebro (BDNF), estaba también involucrado, ya que es la llave molecular para el bloqueo de TrkB. Los científicos crearon un sensor molecular para BDNF y mostraron que imitando la señal asociada con el aprendizaje provocaban la liberación de BDNF desde el extremo de recepción de la sinapsis. Esto fue un sorpresa porque el saber convencional sostiene que el BDNF sólo se libera a partir de la neurona emisora, no de la neurona receptora.
Personas
El hecho de que la neurona receptora descargue BDNF en el espacio entre las neuronas y a la vez lo detecte es algo "extremadamente único, biológicamente hablando", dice el co-investigador principal del Ryohei Yasuda, director científico del Instituto Max Planck de Neurociencia. "Una posibilidad es que el BDNF regule varias células que le rodean a la vez. Estamos interesados en seguir trabajando para entender el proceso exacto".
Aunque los experimentos se llevaron a cabo en ratones, es probable que la interacción entre TrkB y BDNF sea importante para el aprendizaje y la memoria también en personas, dice McNamara.
Es más, es probable que los mismos mecanismos intervegan en una de las formas más comunes de epilepsia, llamada epilepsia del lóbulo temporal (ELT), que ataca a las regiones del cerebro responsables de la memoria y el aprendizaje.
Se cree que algunos casos de epilepsia del lóbulo temporal están causados por un solo episodio prolongado de convulsiones al inicio de la vida. Durante el episodio, el glutamato, el mismo neuroquímico implicados en la memoria, se libera, pero a niveles mucho más altos y durante tiempos mucho más largos.
El trabajo previo de McNamara muestra que el receptor TrkB es crucial para el desarrollo de la epilepsia del lóbulo temporal, y el pasado otoño su grupo demostró que la inhibición de la señalización de TrkB brevemente tras el primer episodio de convulsión impide el desarrollo de TLE en ratones.
El grupo de McNamara está llevando a cabo experimentos adicionales para entender lo que sucede después de que se active el TrkB para agrandar las espinas. Además, otros mecanismos están contribuyendo probablemente a la activación de TrkB, tanto en las cuuestiones de la memoria como en los episodios epilépticos, y el grupo de McNamara está buscándolos.
El hecho de que la neurona receptora descargue BDNF en el espacio entre las neuronas y a la vez lo detecte es algo "extremadamente único, biológicamente hablando", dice el co-investigador principal del Ryohei Yasuda, director científico del Instituto Max Planck de Neurociencia. "Una posibilidad es que el BDNF regule varias células que le rodean a la vez. Estamos interesados en seguir trabajando para entender el proceso exacto".
Aunque los experimentos se llevaron a cabo en ratones, es probable que la interacción entre TrkB y BDNF sea importante para el aprendizaje y la memoria también en personas, dice McNamara.
Es más, es probable que los mismos mecanismos intervegan en una de las formas más comunes de epilepsia, llamada epilepsia del lóbulo temporal (ELT), que ataca a las regiones del cerebro responsables de la memoria y el aprendizaje.
Se cree que algunos casos de epilepsia del lóbulo temporal están causados por un solo episodio prolongado de convulsiones al inicio de la vida. Durante el episodio, el glutamato, el mismo neuroquímico implicados en la memoria, se libera, pero a niveles mucho más altos y durante tiempos mucho más largos.
El trabajo previo de McNamara muestra que el receptor TrkB es crucial para el desarrollo de la epilepsia del lóbulo temporal, y el pasado otoño su grupo demostró que la inhibición de la señalización de TrkB brevemente tras el primer episodio de convulsión impide el desarrollo de TLE en ratones.
El grupo de McNamara está llevando a cabo experimentos adicionales para entender lo que sucede después de que se active el TrkB para agrandar las espinas. Además, otros mecanismos están contribuyendo probablemente a la activación de TrkB, tanto en las cuuestiones de la memoria como en los episodios epilépticos, y el grupo de McNamara está buscándolos.
Referencia bibliográfica:
Stephen C. Harward, Nathan G. Hedrick, Charles E. Hall, Paula Parra-Bueno, Teresa A. Milner, Enhui Pan, Tal Laviv, Barbara L. Hempstead, Ryohei Yasuda, James O. McNamara: Autocrine BDNF–TrkB signalling within a single dendritic spine. Nature (2016). DOI: 10.1038/nature19766.
Stephen C. Harward, Nathan G. Hedrick, Charles E. Hall, Paula Parra-Bueno, Teresa A. Milner, Enhui Pan, Tal Laviv, Barbara L. Hempstead, Ryohei Yasuda, James O. McNamara: Autocrine BDNF–TrkB signalling within a single dendritic spine. Nature (2016). DOI: 10.1038/nature19766.