Alimento para el pensamiento: la proteína maestra mejora el aprendizaje y la memoria

Alimento para el pensamiento: la proteína maestra mejora el aprendizaje y la memoria

Los científicos de Salk descubren una sola proteína que energiza tanto los músculos como el cerebro

LA JOLLA–Así como algunas personas parecen hechas para correr maratones y les resulta más fácil recorrer kilómetros sin cansarse, otras nacen con una habilidad especial para memorizar cosas, desde tablas de multiplicar hasta datos triviales. Estas dos habilidades, correr y memorizar, no son tan diferentes como parece.

Los científicos y colaboradores de Salk han descubierto que las actividades físicas y mentales dependen de una sola proteína metabólica que controla el flujo de sangre y nutrientes en todo el cuerpo, según informa la revista. El metabolismo celular. El nuevo estudio podría señalar tratamientos potenciales en medicina regenerativa y del desarrollo, así como formas de abordar los defectos en el aprendizaje y la memoria.

“Se trata de obtener energía donde se necesita para las 'centrales eléctricas' del cuerpo”, dice ronald evans, director de Salk's Laboratorio de Expresión Génica y autor principal del nuevo artículo, publicado el 7 de abril de 2015. "El corazón y los músculos necesitan una oleada de energía para realizar ejercicio y las neuronas necesitan una oleada de energía para formar nuevos recuerdos".

Los investigadores y colaboradores de Salk descubrieron que las actividades físicas y mentales dependen de una sola proteína metabólica, ERRγ, que controla el flujo de sangre y nutrientes en todo el cuerpo. En esta imagen, se muestra ERRγ (teñido de rojo) en el hipocampo, el área del cerebro responsable en gran medida de la memoria. El nuevo trabajo podría señalar una forma de mejorar el aprendizaje.

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Imagen: Cortesía del Instituto Salk de Estudios Biológicos

La energía para los músculos y el cerebro, descubrieron los científicos, está controlada por una sola proteína llamada receptor gamma relacionado con el estrógeno (ERRγ). El grupo de investigación de Evans ha estudiado previamente el papel de ERRγ en el corazón y los músculos esqueléticos. En 2011, descubrieron que promover la actividad de ERRγ en el músculo de ratones sedentarios aumento del suministro de sangre a sus músculos y duplicó su capacidad de funcionamiento. ERRγ, continuaron demostrando, activa una gran cantidad de genes musculares que convierten la grasa en energía.

Por lo tanto, ERRγ se hizo conocido como un interruptor metabólico maestro que energizaba los músculos para mejorar el rendimiento. Aunque los estudios también habían demostrado que ERRγ estaba activo en el cerebro, los investigadores no entendían por qué: el cerebro quema azúcar y anteriormente se había demostrado que ERRγ solo quemaba grasa. Entonces, el equipo decidió observar más de cerca qué estaba haciendo la proteína en las células cerebrales.

Al observar primero las neuronas aisladas, Liming Pei, autor principal y coautor correspondiente del artículo, descubrió que, como en el músculo, ERRγ activa docenas de genes metabólicos en las células cerebrales. Inesperadamente, esta activación se relacionó con el azúcar en lugar de con la grasa. Las neuronas que carecían de ERRγ no podían aumentar la producción de energía y, por lo tanto, tenían un rendimiento comprometido.

“Supusimos que ERRγ hacía lo mismo en todo el cuerpo”, dice Evans. “Pero aprendimos que es diferente en el cerebro”. ERRγ, concluyen ahora, activa las vías de quema de grasa en los músculos y las vías de quema de azúcar en el cerebro.

Evans y sus colaboradores notaron que ERRγ en ratones vivos era más activo en el hipocampo, un área del cerebro que está activa en la producción de nuevas células cerebrales, está involucrada en el aprendizaje y la memoria y se sabe que requiere mucha energía. Se preguntaron si ERRγ tenía un papel directo en el aprendizaje y la memoria. Al estudiar ratones que carecían de ERRγ en el cerebro, encontraron un vínculo.

Si bien los ratones sin la proteína tenían una visión, un movimiento y un equilibrio normales, fueron más lentos para aprender a nadar a través de un laberinto de agua, y menos para recordar el laberinto en ensayos posteriores, en comparación con los ratones con niveles normales de ERRγ.

“Lo que encontramos es que los ratones a los que les falta ERRγ son básicamente aprendices muy lentos”, dice Pei. Los niveles variables de ERRγ también podrían estar en la raíz de las diferencias entre cómo aprenden los humanos individuales, plantea la hipótesis. “Todo el mundo puede aprender, pero algunas personas aprenden y memorizan de manera más eficiente que otras, y ahora creemos que esto podría estar relacionado con cambios en el metabolismo cerebral”.

Una mejor comprensión del metabolismo de las neuronas podría ayudar a señalar el camino hacia mejores tratamientos para los trastornos del aprendizaje y la atención. Y posiblemente, acelerar los niveles de ERRγ podría incluso mejorar el aprendizaje, al igual que mejora la función muscular.

“Lo que hemos demostrado es que los recuerdos se construyen realmente sobre un andamio metabólico”, dice Evans. “Y creemos que si desea comprender el aprendizaje y la memoria, debe comprender los circuitos que subyacen y potencian este proceso”.

Otros investigadores del estudio fueron Yangling Mu, Mathias Leblanc, William Alaynick, Matthew Pankratz, Tiffany W. Tseng, Samantha Kaufman, Ruth T. Yu, Michael Downes, Samuel L. Pfaff y Fred H. Gage, todos del Instituto Salk. para Estudios Biológicos; Liming Pei de la Universidad de Pensilvania; Grant D. Barish de Universidad del Noroeste; Christopher Liddle de la Universidad de Sydney; y Johan Auwerx de Ecole Politécnica Federal de Lausana.

El trabajo fue apoyado por el Instituto Médico Howard Hughes, el Los Institutos Nacionales de Salud, el Leona M. y Harry B. Helmsley Charitable Trust, el Fundación Médica Ellison y Fundación Glenn para la Investigación Médica, el Hospital de niños de Filadelfia y del
Centro de Neurociencias de Penn Medicine.

Sobre el Instituto Salk de Estudios Biológicos:
El Instituto Salk de Estudios Biológicos es una de las instituciones de investigación básica más importantes del mundo, donde profesores de renombre internacional investigan cuestiones fundamentales de las ciencias de la vida en un entorno único, colaborativo y creativo. Centrados tanto en el descubrimiento como en la orientación de futuras generaciones de investigadores, los científicos de Salk realizan contribuciones innovadoras a nuestra comprensión del cáncer, el envejecimiento, el Alzheimer, la diabetes y las enfermedades infecciosas mediante el estudio de la neurociencia, la genética, la biología celular y vegetal y disciplinas relacionadas.

Los logros de la facultad han sido reconocidos con numerosos honores, incluidos premios Nobel y membresías en la Academia Nacional de Ciencias. Fundado en 1960 por el pionero de la vacuna contra la poliomielitis Jonas Salk, MD., el Instituto es una organización independiente sin fines de lucro y un hito arquitectónico.