10/02/2012 - Ciencia

Investigadores argentinos hallan mecanismo clave de las sinapsis

El estudio de los científicos de la Fundación Instituto Leloir, publicado en la prestigiosa revista The Journal of Cell Biology, ilumina cómo se forman, robustecen y funcionan los puntos de comunicación entre las neuronas. Y abre nuevas líneas de investigación para comprender enfermedades neurodegenerativas como la enfermedad de Alzheimer, entre otras.

 Agencia CyTA – Instituto Leloir 

Un mecanismo clave para la formación, el robustecimiento y el funcionamiento de las sinapsis –punto de comunicación entre las neuronas– acaba de ser descubierto y descrito por científicos argentinos. Por su relevancia, el estudio fue publicado en la prestigiosa revista científica The Journal of Cell Biology e incluido por el servicio internacional de revisión de artículos científicos (Faculty of 1000) dentro del dos por ciento de los trabajos más destacados de un total de 1500 estudios del área de la medicina y de la biología publicados a lo largo de un mes en destacadas revistas científicas.

Desde hace mucho tiempo se sabe que en la dendrita, que es el sitio de la neurona que recibe los estímulos provenientes del axón o prolongación de otra neurona adyacente, se fabrican localmente proteínas que fortalecen la sinapsis. “Sin embargo, poco se conoce sobre los mecanismos moleculares involucrados en este proceso”, explica la doctora Graciela Boccaccio, investigadora del CONICET y jefa del Laboratorio de Biología Celular del RNA del Instituto Leloir, donde se realizaron los estudios.

Trabajando con neuronas del hipocampo (región del cerebro asociada con los aspectos cognitivos), el equipo de Boccaccio logró identificar la presencia de paquetes de ARN mensajero temporalmente inactivos, a los cuales llamaron “focos de silenciamiento de mensajeros”.

Cuando forman estos paquetes o agregados, visibles al microscopio, los ARN mensajeros no pueden liberarse ni cumplir su misión: transmitir las instrucciones del núcleo para que se fabriquen proteínas en el resto de la célula (las cuales, a su vez, son críticas para fortalecer las sinapsis y consolidar la comunicación entre neuronas que permite la memoria y el aprendizaje). Los ARN mensajeros, en este contexto, son como una legión de carteros amuchados que no pueden salir a repartir las cartas.  

¿Cómo hacen entonces? Boccaccio y su equipo realizaron estudios in vitro en neuronas de rata, un modelo experimental que reproduce en gran medida lo que ocurre en el cerebro humano. Estimularon esas neuronas con un neurotransmisor, NMDA, que está involucrado con la consolidación de la memoria. Y observaron que NMDA disolvió los focos de silenciamiento y, acto seguido, “los ARN mensajeros almacenados fueron liberados para permitir la síntesis de proteínas (como la enzima CamKIIa) y reforzar la sinapsis”, señala Boccaccio.

De acuerdo a la especialista, se trata de un mecanismo de fabricación o síntesis local de proteínas “exquisitamente controlado” y que se describe en detalle por primera vez. 

Otro hallazgo 

Aunque los focos de silenciamiento podrían considerarse, a primera vista, como “obstáculos” para la eficiente acción de los ARN mensajeros, su ausencia tiene efectos dramáticos sobre la morfología y el funcionamiento de las sinapsis.  

Así lo demostró también el grupo del Leloir, que identificó una proteína, Smaug 1, que resultó fundamental para la formación de estos focos en las sinapsis.

“Para conocer la importancia de esta proteína, bloqueamos el gen que la codifica (dirige su fabricación)”, destaca Boccaccio. El gen Smaug 1 en humanos es prácticamente igual al de roedores, por lo que, nuevamente, los científicos usaron neuronas de hipocampo de rata.

Tras “apagar” el gen Smaug 1, los investigadores hicieron una observación sorpresiva: se producía un defecto sináptico muy serio. Las neuronas se desarrollaban de forma incompleta, con sinapsis muy pequeñas que no respondían en absoluto al estímulo procedente de las neurona de al lado. “Estos defectos, además de una morfología globalmente muy alterada, son muy similares a lo que se observa en varias enfermedades neurodegenerativas”, añade Boccaccio.

Y no sólo eso: Boccaccio y sus colegas se sorprendieron por el parecido bioquímico entre los focos de silenciamiento (también llamados “focos de Smaug”), que la neurona usa para controlar la respuesta sináptica, con los agregados proteicos presentes en varias patologías neurodegenerativas y en situaciones de estrés o daño celular.

“Quizás es posible que los agregados de proteínas dañadas interactúen con los focos de Smaug 1, interfiriendo de este modo con su importante función en la consolidación de las sinapsis. Por ahora se trata sólo de una pregunta abierta que requiere ser explorada”, subraya la investigadora.

Para el doctor Carlos Dotti, investigador principal del Centro de Biología de Patologías de la Universidad Católica de Lovaina, en Bélgica, el estudio argentino tiene el gran mérito de descubrir el papel clave de la proteína Smaug 1 en la formación de la sinapsis. “Pero su segundo mérito”, agrega, “es que permite abrir nuevas líneas de investigación, incluyendo la posible participación del mecanismo de represión de Smaug 1 en la inducción de patologías tales como retardo mental, depresión o Alzheimer.”

El estudio –en el que también participaron María Verónica Baez, Luciana Luchelli, Darío Maschi, Martín Habif, Malena Pascual y María Gabriela Thomas– contó con el apoyo de la UBA, del CONICET, de la Agencia Nacional de Promoción Científica y Tecnológica y del Programa FIRCA (The Fogarty International Research Collaboration Award) del Instituto Nacional de Salud de Estados Unidos.