La falla en el suministro de energía de las mitocondrias puede causar deterioro cognitivo relacionado con la edad

La falla en el suministro de energía de las mitocondrias puede causar deterioro cognitivo relacionado con la edad

Los científicos de Salk encuentran que las mitocondrias en las sinapsis disfuncionales no satisfacen la demanda energética, suministran demasiada o muy poca energía y pueden causar deterioro cognitivo relacionado con la edad.

LA JOLLA—Los cerebros son como rompecabezas, que requieren muchas piezas anidadas y codependientes para funcionar bien. El cerebro está dividido en áreas, cada una de las cuales contiene muchos millones de neuronas conectadas a través de miles de sinapsis. Estas sinapsis, que permiten la comunicación entre neuronas, dependen de estructuras aún más pequeñas: botones de envío de mensajes (bulbos hinchados en las puntas de las neuronas con forma de rama), dendritas receptoras de mensajes (estructuras complementarias con forma de rama para recibir mensajes de botón) y energía. -generando mitocondrias. Para crear un cerebro cohesivo, se deben tener en cuenta todas estas piezas.

Sin embargo, en el cerebro que envejece, estas piezas pueden perderse o alterarse y dejar de encajar en el gran rompecabezas del cerebro.

"El cincuenta por ciento de las personas experimentan pérdida de la memoria de trabajo con la vejez, lo que significa que su capacidad para retener y manipular información a corto plazo disminuye", dice la coautora Courtney Glavis-Bloom, científica sénior del Instituto Salk. John Reynolds laboratorio. “Nos propusimos entender por qué algunas personas mantienen una memoria de trabajo saludable a medida que envejecen, mientras que otras no. En el proceso, descubrimos un mecanismo novedoso para la base sináptica del deterioro cognitivo”.

Estudios anteriores habían encontrado que los cerebros pierden sinapsis a medida que envejecen, y los investigadores también vieron este patrón en su modelo animal. Pero cuando observaron las sinapsis que quedaban, encontraron evidencia de una falla en la coordinación entre el tamaño de los botones y las mitocondrias que contenían. Un principio neurocientífico fundamental, el principio del tamaño ultraestructural, explica que cada vez que una parte del complejo sináptico cambia de tamaño, también debe hacerlo. todos las otras partes La sinapsis, las mitocondrias, los botones: todas estas partes deben escalar de acuerdo con las demás. Antes del estudio del equipo de Salk, publicado en Frontiers in Aging Neuroscience el 12 de abril de 2023, nadie había preguntado si este principio podría violarse con la edad o la enfermedad.

"Para examinar esto, recurrimos a la microscopía electrónica", dice el coautor Casey Vanderlip, ex asistente de investigación en el laboratorio de Reynolds. “Esto nos permitió visualizar estos componentes a través de muchas sinapsis. Encontramos que la pérdida sináptica ocurrió con el envejecimiento saludable y deteriorado, pero lo que difirió fue el desglose en la correlación entre los tamaños de los botones y sus mitocondrias”.

“Es un efecto dominó, con estructuras sinápticas increíblemente pequeñas que alteran las redes de neuronas, la función cerebral y el comportamiento”, dice Glavis-Bloom. “Investigar estas disfunciones microscópicas es un territorio desconocido que podría revolucionar nuestra comprensión del envejecimiento y su impacto en la cognición”.

El equipo descubrió que la adherencia al principio de tamaño ultraestructural era esencial para evitar el deterioro de la memoria de trabajo con la edad. Al considerar la violación del principio del tamaño ultraestructural y las fallas relacionadas con las mitocondrias como la clave del deterioro cognitivo relacionado con la edad, el estudio marca el comienzo de una nueva era para la investigación del envejecimiento.

"Las imágenes que hemos capturado de las sinapsis son instantáneas de un proceso dinámico", dice Reynolds, titular de la Cátedra Fiona y Sanjay Jha en Neurociencia. “Con estas instantáneas en la mano, podemos comenzar a pensar primero en los mecanismos que coordinan la expansión y contracción de las diversas partes del complejo sináptico, y luego preguntarnos cómo la interrupción de estos mecanismos puede explicar el deterioro cognitivo relacionado con la edad. Esto abre una forma completamente nueva de pensar sobre el deterioro cognitivo que podría conducir a nuevos objetivos para futuras terapias”.

Otros autores incluyen a Sammy Weiser Novak y Uri Manor del Instituto Salk; y Masaaki Kuwajima, Lyndsey Kirk y Kristen M. Harris de la Universidad de Texas en Austin.

El trabajo fue apoyado por un premio de la Iniciativa Allen en Salud Cerebral y Deterioro Cognitivo otorgado conjuntamente a través de la Asociación Estadounidense del Corazón y el Grupo de Fronteras Paul G. Allen (19PABH134610000AHA), los Institutos Nacionales de Salud (1R21AG068967-01, P30014195), el National Science Foundation (2014862), el Kavli Institute for Brain and Mind en UC San Diego (Innovative Research Grant 2021), la Waitt Foundation, la Larry L. Hillblom Foundation, la Don and Lorraine Freeberg Foundation y la Conrad Prebys Foundation.

DOI: 10.3389 / fnagi.2023.1146245