La limitación de energía en las neuronas exacerba la epilepsia
Las mitocondrias (estructuras tubulares) dentro de los filamentos del citoesqueleto de las neuronas observadas mediante microscopía de fluorescencia. Crédito: Marine Laporte
La epilepsia, uno de los trastornos neurológicos más comunes, se caracteriza por la repetición espontánea de convulsiones causadas por la hiperactividad de un grupo de neuronas en el cerebro. ¿Podríamos, por tanto, reducir la hiperactividad neuronal y tratar la epilepsia reduciendo la cantidad de energía suministrada a las neuronas y necesaria para su correcto funcionamiento? Esto fue probado por un equipo dirigido por científicos de la Universidad de Ginebra (UNIGE) y la EPFL. Los investigadores descubrieron que, en ratones, las convulsiones en realidad se exacerbaron. Observaron que una reducción en la cantidad de energía conducía a un aumento en el nivel de calcio en las neuronas, haciéndolas hiperexcitables. Estas disfunciones podrían corregirse alimentando a los ratones con una dieta cetogénica, rica en lípidos y utilizada desde la antigüedad. Este trabajo se publica en la revista eLife.
Nuestro cerebro, que representa solo el 2% de nuestro peso corporal, consume más del 20% del azúcar que ingerimos. Esta considerable necesidad de azúcar proporciona la energía necesaria para el funcionamiento de los miles de millones de neuronas responsables de la emisión y propagación de mensajes del sistema nervioso, a través de señales eléctricas. Esta conversión de azúcar, y más precisamente de glucosa, en energía la llevan a cabo las mitocondrias, pequeños orgánulos intracelulares considerados como las «fábricas de energía» de la célula.
El papel clave de las ‘fábricas de energía’ de la célula ‘
El laboratorio de Jean-Claude Martinou, profesor del Departamento de Biología Molecular y Celular de la Facultad de Ciencias, está interesado en cómo funcionan las mitocondrias. Su grupo ya había descubierto el transportador universal que permite que el piruvato, un producto del catabolismo de la glucosa, ingrese a las mitocondrias. Ahora está investigando el papel del transportador de piruvato mitocondrial (MPC) en la actividad neuronal y si un defecto en el transporte de piruvato en las mitocondrias podría estar relacionado con ciertas enfermedades neurológicas, especialmente la epilepsia.
Los ataques epilépticos son los manifestación de hiperactividad cerebral resultante de la hiperexcitación de las neuronas, a menudo en la corteza cerebral. «Nos pareció interesante probar si la supresión del transportador de piruvato mitocondrial y, por tanto, la disminución de la cantidad de energía suministrada por las mitocondrias, podría reducir la hiperexcitabilidad neuronal que se produce durante los ataques epilépticos», explica Jean-Claude Martinou, último autor del estudio. estudio.
Los ratones que carecen de MPC son propensos a ataques epilépticos
Los biólogos administraron un fármaco proepiléptico, capaz de inducir ataques epilépticos, a ratones normales y a ratones cuyas neuronas corticales carecían de el MPC. En ratones normales, la inyección de una dosis baja del fármaco no indujo convulsiones. Por otra parte, y contrariamente a la hipótesis inicial, en los ratones que carecían de MPC se producían convulsiones muy graves, incluso mortales, tan pronto como se administraban dosis bajas del fármaco proepiléptico.
Luego de un análisis más profundo de lo que estaba sucediendo en estas neuronas, los biólogos encontraron que las neuronas sin MPC tenían niveles anormalmente altos de calcio, un elemento crucial para la transmisión adecuada de los mensajes nerviosos. «El piruvato importado a las mitocondrias no solo desempeña el papel de combustible para la célula, sino que también permite que las mitocondrias secuestren calcio. Resulta que es esta segunda función la que está involucrada en el desencadenamiento de ataques epilépticos. Dado que ya no es atrapado por las mitocondrias, el calcio queda libre en las neuronas y su concentración aumenta, lo que hace que las neuronas se hiperexciten”, explica Carmen Sandi, profesora de la EPFL y coautora del estudio.
Los secretos de la dieta cetogénica
Desde la antigüedad, los pacientes epilépticos han descubierto que una dieta cetogénica, rica en grasas y baja en carbohidratos, les permite evitar las convulsiones. Los cuerpos cetónicos, producidos durante una dieta cetogénica o ayuno, se producen por la descomposición de los lípidos en el hígado. Se importan al cerebro para el que representan una fuente de energía esencial, especialmente durante un ayuno. Pueden entrar en las mitocondrias sin necesidad de portadores y se utilizan para proporcionar energía.
«Descubrimos que los ratones con deficiencia de MPC alimentados con una dieta cetogénica o tratados con cuerpos cetónicos tenían convulsiones mucho menos graves. Con esta dieta , se restauran las funciones de las mitocondrias y las neuronas, y el nivel de calcio es normal», dijo Marine Laporte, investigadora del Departamento de Biología Molecular y Celular y coautora principal del estudio. Este trabajo, financiado por la Swiss National Science Foundation y la Kristian Gerhard Jebsen Foundation, ayuda a explicar las crisis epilépticas frecuentemente observadas en pacientes con patologías mitocondriales así como a plantear un tratamiento basado en cuerpos cetónicos, menos drástico que las dietas cetogénicas.
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El equipo identifica un compuesto con potentes efectos anticonvulsivos Más información: Andres De La Rossa et al, Hiperexcitabilidad neuronal paradójica en un modelo de ratón con deficiencia de importación de piruvato mitocondrial, eLife (2022) . DOI: 10.7554/eLife.72595 Información del diario: eLife
Proporcionado por la Universidad de Ginebra Cita: La limitación de la energía en las neuronas exacerba la epilepsia (2022, 24 de marzo) consultado el 29 Agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2022-03-limiting-energy-neurons-exacerbates-epilepsy.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.