Los hallazgos debilitan la noción de que el tamaño es igual a la fuerza para las conexiones neuronales

Neuronas de la región del hipocampo del cerebro de un roedor (izquierda); Una sección ampliada de las dendritas neurales muestra espinas donde se forman muchas conexiones sinápticas con otras neuronas. Crédito: Stephanie Barnes/MIT Picower Institute

Los trastornos del aprendizaje, la memoria y el comportamiento pueden surgir cuando las conexiones entre las neuronas, llamadas sinapsis, no cambian adecuadamente en respuesta a la experiencia. Los científicos han estudiado esta «plasticidad sináptica» durante décadas, pero un nuevo estudio realizado por investigadores del Instituto Picower para el Aprendizaje y la Memoria del MIT destaca varias sorpresas sobre algunos de los mecanismos básicos por los que sucede. Llegar al fondo de lo que subyace a algunas de esas sorpresas, sugiere la investigación, podría generar nuevos tratamientos para un trastorno llamado X frágil que causa el autismo.

Dos formas clásicas de plasticidad sináptica son que las sinapsis se vuelven más fuertes o más débiles y que las diminutas estructuras de la columna vertebral que las sostienen se hacen más grandes o más pequeñas. Durante mucho tiempo, la suposición de trabajo del campo ha sido que estos cambios funcionales y estructurales estaban estrechamente asociados: el fortalecimiento iba junto con un aumento en el tamaño de la columna y el debilitamiento precedía a la contracción de la columna. Pero el estudio publicado en Molecular Psychiatry agrega evidencia específica para respaldar una opinión más reciente, respaldada por otros estudios recientes, de que esas correlaciones no siempre son ciertas.

«Vimos estas fallas en la correlación entre estructura y función, «, dijo Mark Bear, profesor de Picower en el Departamento de Ciencias del Cerebro y Cognitivas y autor principal del estudio. «Una conclusión es que no se puede usar el tamaño de la columna vertebral como un indicador de la fuerza sináptica; se pueden tener sinapsis débiles con espinas bulbosas grandes. No somos los únicos en defender este caso, pero los nuevos resultados de este estudio son muy claros».

Los coautores principales del estudio son los antiguos miembros del laboratorio Aurore Thomazeau y Miquel Bosch.

Dimensiones de disociación

Para llevar a cabo el estudio, el equipo estimuló la plasticidad a través de dos receptores neurales (llamados mGluR5 y NMDAR) bajo dos condiciones diferentes (roedores neurotípicos y aquellos diseñados con la mutación que causa X frágil). En Fragile X, el laboratorio de Bear descubrió que la falta de la proteína FMRP conduce a la síntesis excesiva de otras proteínas que hacen que las sinapsis se debiliten demasiado en una región del cerebro llamada hipocampo, que es un área crucial para la formación de la memoria.

La primera sorpresa del estudio fue que la activación de los receptores mGluR5 indujo el debilitamiento, llamado depresión a largo plazo (LTD, por sus siglas en inglés), pero no condujo a ningún encogimiento de la columna vertebral ni en X frágil ni en ratones de control durante al menos una hora. En otras palabras, el cambio estructural que se suponía iba junto con el cambio funcional en realidad no ocurrió.

En el caso de NMDAR, las dos formas de plasticidad ocurrieron juntas, tanto en control como en X frágil. roedores, pero no sin algunas sorpresas más que acechan justo debajo de la superficie que disocian aún más la plasticidad funcional y estructural. Cuando el equipo bloqueó un flujo de iones (y, por lo tanto, de corriente eléctrica) en las sinapsis NMDAR, eso solo evitó el debilitamiento, no la reducción. Para evitar la reducción en los roedores de control, los investigadores tuvieron que hacer algo diferente: inhibir la síntesis de proteínas, ya sea directamente o mediante la inhibición de una proteína reguladora llamada mTORC1.

«Fue bastante sorprendente para nosotros», dijo Bear. «Estamos haciendo un seguimiento agresivo para comprender mejor esa señalización».

Una nueva oportunidad para X frágil

Si varias de las sorpresas en el estudio son perturbadoras, dijo Bear, otra uno puede brindar una nueva esperanza para el tratamiento de X frágil. Esto se debe a que, si bien el laboratorio de Bear se ha centrado en intervenir en la vía mGluR para tratar X frágil, los nuevos experimentos que involucran a NMDAR pueden revelar una vía adicional.

Cuando el equipo intentó para evitar que las espinas se encogieran a través de NMDAR en roedores frágiles X mediante la inhibición de la síntesis de proteínas o mTORC1 (como lo hicieron en los controles), descubrieron que no funcionó. Era como si ya hubiera demasiada proteína que promueve la contracción. El equipo incluso pudo replicar este fenómeno X frágil en los controles estimulando primero mGluR5 y un exceso resultante de síntesis de proteínas y luego siguiendo con la activación de NMDAR.

Como un guiño tanto al misterio como al trastorno, Bear ha comenzado a referirse a esta supuesta molécula potencial promotora del encogimiento como «proteína X».

«La pregunta es qué es la proteína X», dijo Bear. «La evidencia es bastante sólida de que hay una proteína X que se renueva rápidamente y que está causando estragos en el X frágil. Ahora la búsqueda ha comenzado. Estaremos muy emocionados de encontrarla».

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Los científicos encuentran una nueva forma de revertir los síntomas del X frágil Más información: Molecular Psychiatry (2020). DOI: 10.1038/s41380-020-0821-6 Información de la revista: Molecular Psychiatry

Proporcionado por el Instituto Tecnológico de Massachusetts Cita: Los hallazgos debilitan la noción de que el tamaño es igual a la fuerza para conexiones neuronales (2020, 30 de junio) recuperado el 31 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2020-06-weaken-notion-size-equals-strength.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.