Cuando se trata de sentir dolor, tocar o picar, la ubicación importa

Cuando se trata de sentir dolor, tocar o picar, la ubicación importa

La investigación de Salk es la primera en delinear dónde se encuentran en la médula espinal las diferentes células asociadas con la activación de los reflejos sensoriomotores.

LA JOLLA—Cuando tocas una estufa caliente, tu mano se aparta por reflejo; si fallas un peldaño en una escalera, instintivamente te atrapas a ti mismo. Ambos movimientos toman una fracción de segundo y no requieren previsión. Ahora, los investigadores del Instituto Salk han mapeado la organización física de las células en la médula espinal que ayudan a mediar estos y otros "reflejos sensoriomotores" críticos similares.

El nuevo modelo de este aspecto del sistema sensoriomotor, descrito en línea en Neurona el 11 de noviembre de 2020, podría conducir a una mejor comprensión de cómo se desarrolla y puede salir mal en condiciones como picazón o dolor crónico.

"Se han realizado muchas investigaciones en la periferia de este sistema, observando cómo las células de la piel y los músculos generan señales, pero no sabíamos cómo se trafica e interpreta esa información sensorial una vez que llega a la médula espinal", dice. Martin Goulding, profesor en el Laboratorio de Neurobiología Molecular de Salk y titular de la Cátedra Frederick W. y Joanna J. Mitchell. "Este nuevo trabajo nos brinda una comprensión fundamental de la arquitectura de nuestro sistema sensoriomotor".

Los comportamientos reflexivos, vistos incluso en bebés recién nacidos, se consideran algunos de los componentes básicos más simples para el movimiento. Pero los reflejos deben traducir rápidamente la información de las neuronas sensoriales que detectan el tacto, el calor y los estímulos dolorosos a las neuronas motoras, que hacen que los músculos entren en acción. Para la mayoría de los reflejos, las conexiones entre las neuronas sensoriales y las neuronas motoras están mediadas por interneuronas en la médula espinal, que sirven como una especie de "intermediarios", lo que ahorra tiempo al pasar por alto el cerebro. No se comprende bien cómo se organizan estos intermediarios para codificar acciones reflexivas.

Goulding y sus colegas recurrieron a un conjunto de herramientas de ingeniería molecular que desarrollaron durante la última década para examinar la organización de estos reflejos espinales en ratones. Primero, mapearon qué interneuronas estaban activas cuando los ratones respondían reflexivamente a sensaciones, como picazón, dolor o tacto. Luego probaron la función de las interneuronas encendiéndolas y apagándolas individualmente y observando cómo se vieron afectados los comportamientos reflejos resultantes.

“Lo que encontramos es que cada reflejo sensoriomotor estaba definido por neuronas en el mismo espacio físico”, dice el investigador postdoctoral. Graziana Gato, el primer autor del nuevo artículo. "Diferentes neuronas en el mismo lugar, incluso si tenían firmas moleculares muy diferentes, tenían la misma función, mientras que neuronas más similares ubicadas en diferentes áreas de la médula espinal eran responsables de diferentes reflejos".

Las interneuronas en la capa más externa de la médula espinal fueron responsables de enviar mensajes reflexivos relacionados con la picazón entre las células sensoriales y motoras. Las interneuronas más profundas transmitían mensajes de dolor, por ejemplo, haciendo que un ratón moviera un pie tocado por un alfiler. Y el conjunto más profundo de interneuronas ayudó a los ratones a mantener el equilibrio de forma refleja, estabilizando su cuerpo para evitar caídas. Pero dentro de cada área espacial, las neuronas tenían diferentes propiedades e identidades moleculares.

“Estos comportamientos reflexivos tienen que ser muy robustos para sobrevivir”, dice Goulding. “Entonces, tener diferentes clases de interneuronas en cada área que contribuyen a un reflejo particular genera redundancia en el sistema”.

Al demostrar que la ubicación de cada tipo de interneurona dentro de la médula espinal es más importante que el origen del desarrollo o la identidad genética de la célula, el equipo probó y confirmó una teoría existente sobre cómo se organizan estos sistemas reflejos.

Ahora que conocen la arquitectura física de los circuitos de interneuronas que componen estas diferentes vías reflejas, los investigadores están planeando futuros estudios para revelar cómo se transmiten los mensajes y cómo las neuronas dentro de cada espacio interactúan entre sí. Este conocimiento ahora se está utilizando para investigar cómo los cambios patológicos en el sistema somatosensorial dan como resultado picazón o dolor crónico. en un papel de acompañamiento, Gatto y Goulding colaboraron con Rebecca Seal de la Universidad de Pittsburgh para mapear la organización de las neuronas que generan diferentes formas de dolor crónico.

Otros autores incluyeron a Steeve Bourane, Xiangyu Ren, Stefania Di Constanzo y Peter Fenton del Salk Institute; y Priyabrata Halder y Rebecca Seal de la Facultad de Medicina de la Universidad de Pittsburgh.

El trabajo fue apoyado por subvenciones de los Institutos Nacionales de Salud, EMBO, HA y Mary K. Chapman Charitable Trust y la Fundación David Scaife.

DOI: 10.1016 / j.neuron.2020.10.003