Estudio sugiere cómo las experiencias tempranas de la vida pueden afectar el cableado cerebral
Los investigadores que estudian el cerebro posnatal descubrieron que el neurotransmisor acetilcolina liberado por las células del sistema colinérgico inicia la ramificación, o arborización, de los axones en las células candelabro en la corteza cerebral y que la arborización determina la eficacia las células de araña están haciendo su trabajo de usar efectos inhibitorios para contrarrestar la excitación en otras células. El estudio es el primero en mostrar que estos dos tipos de células, ambas implicadas en trastornos como la esquizofrenia, la epilepsia y el autismo, se comunican muy temprano en el desarrollo del cerebro. Crédito: Hiroki Taniguchi y Andr Steinecke
Un nuevo estudio del desarrollo del cerebro en ratones poco después del nacimiento puede proporcionar información sobre cómo los eventos de la vida temprana pueden afectar los patrones de cableado en el cerebro que se manifiestan como enfermedades más adelante en la vida, específicamente trastornos como la esquizofrenia, la epilepsia y autismo.
Los investigadores se centraron en dos tipos de células cerebrales que se han relacionado con trastornos neurológicos en adultos: neuronas en un sistema de modulación anidado en lo profundo del cerebro y otras neuronas en la corteza, la capa más externa del cerebro, que contrarrestan la excitación en otras células usando inhibidores efectos Las células moduladoras envían cables de largo alcance a la corteza para influir de forma remota en la actividad de las células corticales.
El estudio es el primero en demostrar que estos dos tipos de células se comunican muy temprano en el desarrollo del cerebro. Una sustancia química liberada por las células moduladoras inicia la ramificación, o arborización, de los axones, las extensiones largas y delgadas de los cuerpos de las células nerviosas que transmiten mensajes, en las células corticales y esa arborización dicta qué tan efectivas son las células en la corteza para hacer su trabajo.
Aunque todavía queda mucho por aprender sobre el impacto de esta interacción celular en el cerebro posnatal, los investigadores dijeron que el estudio abre la puerta a una mejor comprensión de cómo las enfermedades neurológicas en adultos pueden relacionarse con los primeros eventos de la vida.
«Se sabe que las experiencias anormales en la vida temprana pueden afectar la sensación y el comportamiento futuros de los niños. Este hallazgo puede ayudar a explicar ese tipo de mecanismo», dijo Hiroki Taniguchi, profesor asociado de patología en The Ohio State University College. of Medicine y autor principal del estudio.
«Este estudio proporciona nuevos conocimientos sobre el desarrollo y la patología del cerebro. Es posible que durante el desarrollo, dependiendo de las experiencias de los animales, esta actividad del sistema de modulación pueda cambiar y, en consecuencia, el cableado del circuito cortical se puede cambiar».
Taniguchi completó el trabajo con los coautores Andr Steinecke y McLean Bolton mientras era investigador en el Instituto de Neurociencia Max Planck de Florida.
La investigación se publica hoy en la revista Science Advances.
El estudio involucró células de araña, un tipo de neuronas inhibitorias en la sección cortical del cerebro, y neuronas del sistema colinérgico, uno de los sistemas que monitorean el entorno y el estado interno, y enviar señales al resto del cerebro para activar la memoria y los comportamientos apropiados.
«Ambos tipos de células se han estudiado por separado en el contexto de las funciones o modulaciones adultas hasta ahora. La función de desarrollo de las neuronas colinérgicas en el cableado del cerebro sigue sin comprenderse bien», dijo Taniguchi.
Las células candelabro reciben su nombre del rociado de sinapsis que transmiten señales (llamadas cartuchos sinápticos) en las terminales de las ramas que se asemejan a velas de un candelabro tradicional, un patrón que les da control inhibitorio sobre cientos de células a la vez.
«Estas células tienen control de salida», dijo Steinecke, primer autor del estudio que ahora trabaja en Neuway Pharma en Alemania «Las células de araña pueden frenar las células excitatorias y decirles que no están listas para disparar. Como células inhibitorias, se cree que las células candelabro regulan las ondas de disparo, lo cual es importante porque las ondas contienen información que se transmite a grandes distancias del cerebro».
Estudios post-mortem anteriores han demostrado que las terminales sinápticas ubicados al final de los axones de las células de araña parecen estar reducidos en los cerebros de los pacientes con esquizofrenia.
«La reducción de este ‘árbol’ axonal sugiere que no hacen tantas conexiones con los objetivos aguas abajo, y el las conexiones en sí mismas también están alteradas y no funcionan tan bien», dijo Steinecke.
El equipo usó dos técnicas para observar las células candelabro durante el desarrollo cerebral temprano en la vida en ratones: selección genética y uso de un tinte para etiquetar y detectar células que se diferencian en células candelabro, y trasplantar células manipuladas genéticamente a animales poco después del nacimiento.
«Esto nos permitió observar el desarrollo del cerebro a medida que ocurre y manipular las condiciones para probar cuáles son los mecanismos que un re», dijo Taniguchi.
Los investigadores primero observaron cómo los axones de las células de araña desarrollan sus estructuras de ramificación, notando que las pequeñas protuberancias que emergen de los axones fueron los primeros signos de que brotarían ramas. E identificaron la sustancia química necesaria para iniciar ese proceso de germinación: el neurotransmisor acetilcolina, que es liberado por las células del sistema colinérgico.
La interacción entre los tipos de células distantes se confirmó a través de una serie de experimentos: eliminando los receptores que se unen a la acetilcolina y la disminución de la actividad de las neuronas colinérgicas redujeron el desarrollo de las ramas, y hacer que las neuronas colinérgicas fueran más propensas a activarse condujo a una ramificación más generalizada.
«La clave es que no sabíamos previamente cómo los sistemas neuromoduladores regulan los circuitos corticales y ambos han estado implicados en enfermedades cerebrales», dijo Taniguchi. «Ahora que descubrimos que las neuronas colinérgicas podrían afectar de forma remota el desarrollo del circuito cortical, especialmente las señales inhibidoras corticales, la pregunta es qué tipo de entorno o estado emocional de cambio puede afectar el desarrollo de los inhibidores corticales. Quizá queramos ver si podemos encontrar un enlace como siguiente paso».
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Descubriendo cómo las células inmunitarias nutren las conexiones cerebrales Más información: Andr Steinecke et al, Control neuromodulador de la arborización de la red inhibitoria en el neocórtex posnatal en desarrollo, Science Advances (2022). DOI: 10.1126/sciadv.abe7192. www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abe7192 Información de la revista: Science Advances
Proporcionado por The Ohio State University Cita: El estudio sugiere cómo los primeros años de vida las experiencias pueden afectar el cableado cerebral (2022, 9 de marzo) recuperado el 29 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2022-03-hints-early-life-afect-brain.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.