Poco después del nacimiento, el cerebro humano se expande rápidamente al experimentar un mundo completamente nuevo. Durante este período, las neuronas del cerebro del recién nacido compiten entre sí para formar conexiones duraderas, llamadas sinapsis.
Un nuevo estudio de investigadores de Duke ofrece una mirada detallada al refinamiento de las sinapsis e identifica una proteína crucial en este proceso. Las alteraciones de la proteína llamada hevin se han relacionado anteriormente con el autismo, la depresión y el suicidio, pero hasta ahora se conocía poco sobre el papel de esta molécula en el cerebro en desarrollo.
Los investigadores se centraron en pequeñas protuberancias de las neuronas llamadas espinas, que albergan conexiones sinápticas. Durante mucho tiempo, la neurociencia ha supuesto que estas pequeñas protuberancias sirven como sitios para sinapsis individuales.
Pero este estudio, que se publicó en línea anticipadamente el mes pasado en la revista de acceso abierto eLife, muestra que, en el cerebro de ratones recién nacidos, algunas espinas reciben inicialmente dos o más conexiones. A medida que el cerebro madura, las espinas reciben solo una. Una técnica conocida como microscopía electrónica tridimensional hizo posible esta observación.
«Me entusiasmó mucho este hallazgo», dijo el primer autor, William Christopher Risher, investigador posdoctoral en el laboratorio de la autora principal, Çagla Eroglu. «Fui a consultar la bibliografía para ver si alguien había descrito realmente [espinas con múltiples sinapsis] antes. Y, en realidad, no se había publicado mucho al respecto».
El grupo también descubrió que los ratones que carecen del gen que codifica la proteína hevin conservan más de estas sinapsis múltiples que los ratones normales. A medida que el cerebro en desarrollo elimina sinapsis para funcionar con mayor eficiencia, esto podría plantear problemas.
Hevin se identificó por primera vez en los ínfimos espacios entre las sinapsis en 1990. Sin embargo, los estudios de expresión génica mostraron que, en realidad, la producen células no neuronales llamadas astrocitos.
Al interesarse por la relación entre los astrocitos, la formación de sinapsis y las enfermedades, el grupo de Eroglu demostró en 2011 que hevin desencadena la formación de nuevas conexiones neuronales. «Esa fue la primera descripción de la función de hevin en el sistema nervioso», dijo Eroglu, profesora adjunta de biología celular y neurobiología, y miembro del Duke Institute for Brain Sciences.
«Seguimos estudiando esta proteína porque es abundante en muchas regiones del cerebro, [tanto] cuando se están formando sinapsis como también durante la edad adulta», dijo Eroglu.
El grupo descubrió que, en la corteza, una región del cerebro importante para el pensamiento complejo y la conciencia, hevin favorece las conexiones procedentes del tálamo —una parte del cerebro que actúa como centro de retransmisión de información sensorial y motora— y, al mismo tiempo, desalienta las conexiones procedentes de las neuronas locales de la corteza.
Las espinas que reciben múltiples sinapsis suelen estar ocupadas simultáneamente por conexiones corticales y talámicas, lo que sugiere que estas espinas son sitios de competencia sináptica.
El equilibrio entre esos dos tipos de conexiones en la corteza podría alterarse en enfermedades neurológicas como el autismo y la depresión, dijo Eroglu. El grupo estudia ahora los mecanismos moleculares de hevin y su posible contribución a la salud y la enfermedad.
Entre los demás autores se encuentran Sagar Patel, Jonnathan Singh Alvarado, Osman Calhan, Il Hwan Kim, Akiyoshi Uezu y Scott Soderling, del Departamento de Biología Celular de Duke; Srishti Bhagat y Nicole Calakos, del Departamento de Neurología de Duke; Louis-Jan Pilaz y Debra Silver, del Departamento de Genética Molecular y Microbiología de Duke; y Daniel Wilton y Beth Stevens, del Departamento de Neurología del Boston Children’s Hospital y de la Harvard Medical School.
Esta investigación recibió financiación de los National Institutes of Health (R01 DA031833, 2T32NS51156-6, NRSA 1F32NS08328 01A1, NS059957, MH103374, NS083897, NS071008), la Holland-Trice Fellowship, la Wakeman Fellowship,
the Esther and Joseph Klingenstein Fund y la Alfred P. Sloan Foundation.
Este artículo se publica en colaboración con Duke Today. Su publicación no implica que el World Economic Forum respalde las opiniones expresadas.
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Autor: Karl Bates escribe para Duke Today.
Imagen: Una mujer pasa junto a una exhibición de un corte cerebral del paciente «H.M.» en Cambridge, Massachusetts, el 7 de enero de 2011. REUTERS/Brian Snyder.