El lugar donde las células cerebrales obtienen su información puede determinar su papel en las enfermedades

El lugar donde las células cerebrales obtienen su información puede determinar su papel en las enfermedades

Los científicos de Salk encuentran diferencias en las vías de comunicación de dos tipos de células implicadas en trastornos psiquiátricos y del movimiento

LA JOLLA—Si el 95 por ciento de sus vecinos son conversadores y extrovertidos, probablemente sepa más sobre ellos que el 5 por ciento que es solitario y tímido. Es similar para los neurocientíficos que estudian el estriado, una región del cerebro asociada con el control de la acción y el aprendizaje: saben mucho más sobre el 95 por ciento de las neuronas que se comunican con regiones externas que el 5 por ciento que se comunica solo dentro del estriado.

Los científicos del Instituto Salk mapearon de dónde proviene la información del 5 por ciento y, en el proceso, aclararon la relación de dos tipos de neuronas con los trastornos psiquiátricos y sensoriales/del movimiento, respectivamente. Las diferentes vías de comunicación que representan estos dos tipos de "interneuronas" pueden ofrecer nuevos objetivos farmacológicos para trastornos tan diversos como el Parkinson, el TOC, la depresión y el autismo. El trabajo apareció en la revista ELIFE de mayo 1, 2018.

"La dificultad de estudiar las interneuronas estriatales es que hay muy pocas", dice Xin-jin, profesor asociado en el Laboratorio de Neurobiología Molecular de Salk y autor principal del nuevo artículo. “Ha sido realmente un desafío apuntar solo a una docena de células cerebrales y aprender algo sobre causa y efecto”.

Los dos tipos de interneuronas estudiados, ChAT y PV, comprenden menos del 2 por ciento del total de neuronas en el cuerpo estriado. Lo poco que se sabe sobre su función en el cuerpo estriado proviene de estudios post mortem del tejido cerebral humano. En comparación con el tejido cerebral sano, las muestras de pacientes con depresión y esquizofrenia muestran disminuciones en las interneuronas ChAT, mientras que las muestras de personas con trastornos del movimiento como la enfermedad de Huntington, el síndrome de Tourette y la distonía muestran reducciones en las interneuronas PV.

Pero con tan pocos de cada tipo en el cerebro, las técnicas tradicionales, como monitorear la actividad de las células cerebrales, no pudieron proporcionar datos suficientes para confirmar la función exacta de estas interneuronas. Entonces, el laboratorio de Jin adoptó un enfoque más global. Utilizaron una técnica iniciada por el colega científico de Salk Edward Callaway para aprovechar un virus de la rabia modificado etiquetado con un marcador fluorescente para rastrear qué células cerebrales se comunicaban entre sí en ratones.

Al hacerlo, el equipo de Salk descubrió varias cosas interesantes: primero, que las señales de comunicación a las neuronas ChAT provenían principalmente de áreas del cerebro responsables de las funciones cognitivas; y, en segundo lugar, que la entrada a las neuronas PV provenía principalmente de áreas sensoriomotoras. Juntos, estos reforzaron las observaciones clínicas en pacientes humanos e implicaron sus diferentes roles en la función cognitiva versus sensoriomotora. Además, el equipo descubrió una conexión novedosa que nadie había observado antes: un grupo de neuronas llamado núcleo reticular talámico (TRN) que se proyecta directamente al cuerpo estriado. Esto fue sorprendente porque se pensaba que el TRN estaba limitado en sus proyecciones a la región del cerebro que le da nombre, el tálamo.

Debido a que el resultado de TRN fue tan inesperado, Jin y el primer autor Jason Klug luego buscaron verificar su resultado inicial de rabia con dos métodos independientes: optogenética, que usa luz para estimular las neuronas para que disparen, y electrofisiología, que registra la actividad eléctrica. Mientras provocaban que las neuronas en el TRN se dispararan, los investigadores registraron si respondían las interneuronas PV en el cuerpo estriado. Las neuronas lo hicieron, lo que validó la evidencia de la comunicación TRN-estriatal.

“La combinación de técnicas fue crucial para este hallazgo y nos permitió explorar entradas no descubiertas o subestimadas para las neuronas estriatales. Empleamos el rastreo de la rabia para evaluar las entradas anatómicas y usamos la electrofisiología y la optogenética para verificar la conectividad funcional”, dice Klug, quien es investigador asociado en Salk.

Agrega Jin, "Durante mucho tiempo se pensó que el TRN funcionaba como un 'foco' atencional, propuesto inicialmente por Francis Crick en 1984. Nuestro descubrimiento ofrece un mecanismo previamente desconocido para coordinar la atención y la acción a través de la comunicación TRN-estriatal, y tiene implicaciones importantes para funciones cerebrales tanto en la salud como en la enfermedad”.

El trabajo del laboratorio continuará definiendo las funciones de las interneuronas ChAT y PV en el control del comportamiento, y para investigarlas como objetivos potenciales para el tratamiento de enfermedades psiquiátricas y neurológicas.

Otros autores incluyeron a Max D. Engelhardt, Cara N. Cadman, Hao Li, Jared B. Smith, Sarah Ayala, Elora W. Williams y Hilary Hoffman de Salk.

El trabajo fue financiado por los Institutos Nacionales de Salud (R01NS083815 y R01AG047669), la Fundación Dana, la Fundación Médica Ellison y la Fundación Whitehall.