Descubren el circuito cerebral de los comportamientos repetitivos

Investigadores de la Universidad Rockefeller en Nueva York han descubierto en los gusanos un circuito cerebral que produce los comportamientos repetitivos: los defectos en una proteína provocan que estos animales se reorienten una y otra vez.

Este hallazgo puede ser importante porque arroja luz sobre lo que puede originar comportamientos similares en humanos: cuando se han vuelto compulsivos, estos comportamientos se observan en enfermedades psiquiátricas e incluso en el trastorno del espectro autista.

Los investigadores se centraron en el estudio del gusano Caenorhabditis elegans (C. elegans), que mide aproximadamente 1 mm de longitud y vive en ambientes templados.  Tiene un organismo muy simple y un sistema neuronal de 300 células nerviosas que le permiten encontrar su camino, comer bacterias y reaccionar a ciertos estímulos externos.

Las células nerviosas de estos gusanos, al igual que otras neuronas del reino animal, poseen células gliales que apoyan la función neuronal. Sin embargo, adolecen de astrocitos, una de las células gliales que están presentes en organismos más complejos realizando numerosas funciones de la actividad nerviosa.

Los investigadores de la Universidad Rockefeller comprobaron en primer lugar que algunas de las células gliales de los gusanos podían desempeñar funciones equivalentes a las de los astrocitos en cerebros más complejos.

Este primer descubrimiento fue importante porque se piensa que los astrocitos son responsables, entre otras cosas, de eliminar el exceso de neuroquímicos en las sinapsis, las conexiones entre las neuronas.

Esta tarea es de vital importancia porque si los productos químicos no se eliminan de manera oportuna de las sinapsis, pueden estimular las neuronas de manera inesperada, interrumpiendo la función cerebral normal.

Similar firma genética

Una vez establecido que algunas células gliales de los gusanos realizan funciones equivalentes a las de los astrocitos en cerebros más complejos, los investigadores comprobaron a continuación que esas células gliales y los astrocitos del cerebro de los ratones comparten una similar firma genética.

Tanto esas células gliales de los gusanos como los astrocitos de los cerebros de los ratones producen la proteína GLT-1, que en los mamíferos es responsable de eliminar el glutamato químico de las sinapsis.

El glutamato es el principal mediador de la información neuronal, pero si por cualquier circunstancia aumenta sus niveles, perjudica las conexiones neuronales y puede desencadenar enfermedades o trastornos cerebrales. GLT-1 impide que las sinapsis se perjudiquen y asegura el correcto funcionamiento neuronal.

Los investigadores quisieron comprobar si algunas de las células gliales del gusano, similares a los astrocitos del cerebro de los ratones, impedían también el exceso de glutamato y preservaban la integridad de las neuronas.

Primero privaron a las cuatro células gliales del gusano que producen GLT-1 de esta proteína, para ver si de esta forma el cerebro del gusano resultaba dañado por efecto del exceso de glutamato.

Patrón compulsivo

Pero lo que ocurrió es que, privado de la proteína GLT-1, el sistema nervioso del gusano no acumuló exceso de glutamato en las sinapsis, pero desencadenó un comportamiento repetitivo y compulsivo en los gusanos.

"Estos animales cambiaron su dirección a un ritmo loco. Siguieron avanzando y retrocediendo, avanzando y retrocediendo ", explica uno de los investigadores, Shai Shaham, en un comunicado. "Y cuando analizamos este comportamiento, descubrimos que lo hicieron en un patrón realmente interesante", añade.

Es perfectamente normal que C. elegans cambie de orientación su recorrido de vez en cuando, señalan los investigadores. Normalmente, el gusano se reorienta alrededor de una vez cada 90 segundos.

Sin embargo, los gusanos que carecían de GLT-1  llevaron esta acción al extremo: a intervalos de 90 segundos, los animales no ejecutaron una sola reversión, sino una ráfaga de ellos. "Es como si una vez que comenzaran la acción, no pudieran dejar de repetirla", dice Menachem Katz, otro de los investigadores.

A continuación descubrieron que cuando el glutamato no se elimina de manera eficiente, como había ocurrido con los gusanos, el glutamato se dispara y activa las neuronas responsables de iniciar las pautas de comportamiento repetitivas.

Válido para humanos

"Estos hallazgos sugieren un modelo simple de cómo puede ocurrir el comportamiento repetitivo en los gusanos", dice Katz. "Y resulta que este modelo puede darse también en sistemas nerviosos más complejos", añade.

Esta investigación sugiere por tanto que la secreción anormal de glutamato puede subyacer en conductas repetitivas en todo el reino animal, lo que aumenta la posibilidad de que puedan ser relevantes para comprender la repetición patológica en humanos.

De acuerdo con esta idea, los estudios de genética humana han encontrado mutaciones asociadas con la señalización de glutamato en pacientes con trastorno obsesivo compulsivo y trastornos del espectro autista, los cuales pueden ir acompañados de un comportamiento repetitivo.

“Nuestros hallazgos pueden ayudar a descubrir un mecanismo plausible que subyace a una clase importante de enfermedades humanas", dice Shaham. "Y, más ampliamente, estamos mostrando que los genes candidatos afectados en enfermedades humanas pueden estudiarse y verificarse en el gusano más simple", concluye.

Referencia

Glutamate spillover in C. elegans triggers repetitive behavior through presynaptic activation of MGL-2/mGluR5. Menachem Katz et al. Nature Communications, Volume 10, Article number: 1882 (2019). DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-019-09581-4