Montar la ola hacia la genética que forma memoria
La ilustración anterior muestra una neurona (verde) envuelta por un oligodendrocito (púrpura) con material genético «activado» (ADN) en el núcleo de cada célula. Las diferencias en el ADN activo de cada tipo de célula pueden ser la base de la memoria humana. Crédito: Melissa Logies
Los científicos de UT Southwestern han identificado genes clave involucrados en las ondas cerebrales que son fundamentales para codificar los recuerdos. Los hallazgos, publicados en línea esta semana en Nature Neuroscience, podrían eventualmente usarse para desarrollar nuevas terapias para personas con trastornos de pérdida de memoria como la enfermedad de Alzheimer y otras formas de demencia.
La creación de un recuerdo implica que grupos de células cerebrales disparen cooperativamente a varias frecuencias, un fenómeno conocido como oscilaciones neuronales. Sin embargo, explican los líderes del estudio Bradley C. Lega, MD, profesor asociado de cirugía neurológica, neurología y psiquiatría, y Genevieve Konopka, Ph.D., profesora asociada de neurociencia, la base genética de este proceso no está clara.
«Hay un dicho famoso durante 100 años en neurociencia: las neuronas que disparan juntas se conectarán», dice Lega. «Sabemos que las células involucradas en el aprendizaje se activan en grupos y forman nuevas conexiones debido a la influencia de estas oscilaciones. Pero se desconoce por completo cómo los genes regulan este proceso en las personas».
Lega y Konopka, ambos miembros de el Peter O’Donnell Jr. Brain Institute, colaboró en un estudio anterior para explorar esta pregunta, recopilando datos sobre oscilaciones neuronales de voluntarios y utilizando métodos estadísticos para conectar esta información con datos sobre la actividad genética recopilados de cerebros post mortem. Aunque estos resultados identificaron una lista prometedora de genes, dice Konopka, hubo una deficiencia importante en la investigación: la oscilación y los datos genéticos provenían de diferentes grupos de individuos.
Más recientemente, el dúo aprovechó una experiencia sin precedentes oportunidad de realizar un estudio similar en pacientes sometidos a cirugías en las que se extirparon partes dañadas de sus cerebros para ayudar a controlar su epilepsia.
Los investigadores trabajaron con 16 voluntarios de la Unidad de Monitoreo de Epilepsia de UT Southwestern, donde los pacientes con epilepsia permanecen durante varios días. antes de someterse a una cirugía para extirpar las partes dañadas de sus cerebros que provocan convulsiones. Los electrodos implantados en los cerebros de estos pacientes durante este tiempo no solo ayudan a los cirujanos a identificar con precisión el foco de la convulsión, dice Lega, sino que también pueden proporcionar información valiosa sobre el funcionamiento interno del cerebro.
Al registrar la actividad eléctrica en los cerebros de 16 voluntarios, los investigadores les pidieron que realizaran tareas de «recuerdo libre» que implicaban leer una lista de 12 palabras, resolver un problema matemático corto para distraerlos y luego recordar tantas palabras como fuera posible. A medida que estos pacientes memorizaban las listas de palabras, se registraron sus ondas cerebrales, creando un conjunto de datos que difería ligeramente de una persona a otra.
Alrededor de seis semanas después, cada voluntario se sometió a una lobectomía temporal, extirpación del lóbulo temporal del cerebro, para curar sus convulsiones. Esta área frecuentemente sirve como originadora de ataques epilépticos y también es importante para la formación de la memoria. A los cinco minutos de la cirugía, el tejido cerebral dañado se envió a procesar para evaluar la actividad genética.
El equipo de Konopka primero realizó la secuenciación completa del ARN, una técnica que identifica genes activos, en muestras del lóbulo temporal que incluían todos los tipos de células cerebrales. Utilizando técnicas estadísticas que relacionaron esta actividad con las oscilaciones neuronales de los pacientes durante la tarea de recuerdo libre, los investigadores identificaron 300 genes que parecían desempeñar un papel en la actividad oscilatoria. Los investigadores redujeron este número a una docena de «genes centrales» que parecían controlar redes de genes independientes.
A continuación, los investigadores observaron la actividad de estos genes centrales en tipos de células independientes dentro de las muestras. Sorprendentemente, encontraron que varios de estos centros no estaban activos dentro de las propias células nerviosas, sino en una población diferente de células conocida como glía. Estas células brindan apoyo y protección a las células nerviosas, incluida la fabricación de la capa de grasa que aísla las células nerviosas para que puedan pasar señales eléctricas de manera eficiente.
Finalmente, los investigadores utilizaron una técnica llamada ATAC-seq, que identifica áreas de ADN que está abierto para que moléculas llamadas factores de transcripción se adhieran a los genes y los activen. Usando este enfoque, se concentraron en SMAD3, un gen que parece servir como un regulador maestro para controlar la actividad de muchos de los genes centrales y los genes que controlan a cambio.
Konopka y Lega notaron que varios de los genes que identificaron como importantes en las oscilaciones neuronales humanas se han relacionado con otros trastornos que pueden afectar el aprendizaje y la memoria, como el trastorno del espectro autista, el trastorno por déficit de atención con hiperactividad, el trastorno bipolar y la esquizofrenia. Con más investigación sobre estos genes y las redes en las que operan, es posible que eventualmente sea posible apuntar a genes selectos con productos farmacéuticos para mejorar la memoria en personas con estas y otras condiciones, dicen los investigadores.
«Esto nos da un punto de entrada», dice Konopka, becario Jon Heighten en Autism Research. «Es algo en lo que podemos centrarnos para aprender más sobre los fundamentos de la memoria humana».
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Los científicos identifican 100 genes de la memoria, abren nuevas vías de estudio del cerebro Más información: Stefano Berto et al. Correlatos de expresión génica de las firmas oscilatorias que respaldan la codificación de la memoria episódica humana, Nature Neuroscience (2021). DOI: 10.1038/s41593-021-00803-x Información de la revista: Nature Neuroscience
Proporcionado por UT Southwestern Medical Center Cita: Montar la ola hacia la genética que forma memoria (10 de marzo de 2021) recuperado el 30 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2021-03-memory-forming-genetics.html Este documento está sujeto a derechos de autor. Aparte de cualquier trato justo con fines de estudio o investigación privados, ninguna parte puede reproducirse sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente con fines informativos.