Desvelada la química de la memoria

Un equipo de científicos ha descubierto que una misteriosa proteína unida al ácido ribonucleico (ARN) desempeña un importante papel en la formación de los recuerdos. Es la primera vez que un factor molecular específico aparece vinculado a la plasticidad sináptica y al aprendizaje.

Estos científicos suprimieron la síntesis de una proteína llamada Staufen homolog 2 (Stau2) en ratas y constataron que esta carencia ralentizaba su capacidad de aprendizaje: las ratas que tenían niveles más débiles de esa proteína presentaban una alteración significativa de la memoria, en comparación con las ratas que tenían una tasa normal de Stau2.

Ya se sabe que cada vez que aprendemos algo nuevo, la estructura de nuestro cerebro se modifica sutilmente, con la finalidad de almacenar la nueva información. A ese proceso se le denomina plasticidad sináptica.

Las alteraciones moleculares prolongadas, en este tipo de cambios, se codifican en las moléculas del ARN mensajero (ARNm), que luego van a sitios específicos del cerebro y programan las proteínas específicas para que guarden la información.

El ARN mensajero es el ácido ribonucleico que transfiere el código genético ("comunica la información genética") procedente del ADN del núcleo celular a un ribosoma en el citoplasma. Es el que determina el orden en que se unirán los aminoácidos de una proteína y actúa como plantilla o patrón para la síntesis de dicha proteína.

En un estudio anterior del mismo equipo, se demostró que Stau2 es la proteína que ayuda a dirigir al ARNm hacia las sinapsis neuronales, el punto de encuentro entre dos neuronas. Sin embargo, no quedó claro el papel que jugaba exactamente esta proteína en el proceso de aprendizaje y de la memoria

Esto es lo que ha resuelto la investigación actual: muestra, por primera vez, que los niveles reducidos de Staufen2 están asociados con un deterioro específico de la memoria. La investigación, realizada por el equipo alemán y por científicos de la Universidad de Sevilla,  se publica en la revista Genome Biology.

Síntesis manipulada

Los investigadores hicieron uso de un modelo de rata genética que se ha desarrollado y perfeccionado durante la última década, en el que la síntesis de Staufen2 puede suprimirse de forma selectiva en las células nerviosas del cerebro.

Luego caracterizaron los efectos de los niveles reducidos de proteína Staufen2 en la memoria utilizando pruebas de comportamiento que miden la eficacia de la memoria espacial, temporal y asociativa.

Se sabe que estas tareas dependen de la plasticidad sináptica, es decir, de la capacidad de ajustar activamente la eficacia de la comunicación entre redes sinápticas específicas, en el hipocampo. Los resultados muestran claramente que la reducción de Staufen2 en el cerebro anterior (prosencéfalo) tiene un impacto negativo en varios aspectos de la memoria.

"En general, la memoria a largo plazo sigue funcionando, y las ratas son capaces de aprender a encontrar una fuente de alimento, por ejemplo, pero cuando se les pide a los mutantes que recuerden lo que han aprendido después de largos períodos de tiempo, su rendimiento es significativamente peor que los animales salvajes", explica Michael Kiebler, autor principal, en un comunicado de la Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU).

Efectos morfológicos

La investigación comprobó que la carencia de Staufen2 también tiene un marcado efecto sobre la morfología de las células nerviosas y la función sináptica. Con la ayuda de mediciones electrofisiológicas, los autores analizaron la eficiencia de la transmisión de señales a través de las sinapsis en el hipocampo, y encontraron que tanto la potenciación a largo plazo (LTP) como la depresión a largo plazo (LTD) se ven afectadas.

LTP es un mecanismo que permite un aumento duradero de la eficiencia de la transmisión sináptica y, por lo tanto, fortalece las conexiones funcionales entre ellos. LTD, por otro lado, disminuye la eficacia de la transmisión y desconecta efectivamente las conexiones previamente establecidas. Sorprendentemente, los niveles reducidos de Staufen2 mejoran LTP, mientras que perjudican LTD.

"LTP es considerado como un modelo de aprendizaje a nivel celular. Sin embargo, nuestros resultados indican que en realidad lo importante es el equilibrio entre LTP y LTD. Este equilibrio se ve claramente perturbado por la ausencia de Staufen2 ", señala Kiebler.

Por lo tanto, los investigadores suponen que, cuando se produce esta perturbación, las sinapsis se vuelven altamente receptivas, y no se reprimen lo suficiente. Esto significa que la información que se consolida normalmente en la memoria a largo plazo se desestabiliza prematuramente o incluso se anula, alterando la formación de recuerdos.

Referencia

Forebrain-specific, conditional silencing of Staufen2 alters synaptic plasticity, learning, and memory in rats. Genome Biology2017. 18:222. DOI:https://doi.org/10.1186/s13059-017-1350-8