La memoria depende de los astrocitos, las células menos conocidas del cerebro

La memoria depende de los astrocitos, las células menos conocidas del cerebro

Los científicos de Salk muestran que las células de apoyo son vitales en la función cognitiva.

LA JOLLA: cuando espera algo, como la comida que ordenó en un restaurante, o cuando algo capta su interés, ritmos eléctricos únicos recorren su cerebro.

Estas ondas se denominan oscilaciones gamma y reflejan una sinfonía de células, tanto excitatorias como inhibitorias, que juegan juntas de manera orquestada. Aunque se ha debatido su papel, las ondas gamma se han asociado con funciones cerebrales de alto nivel y las alteraciones en los patrones se han relacionado con la esquizofrenia. La enfermedad de Alzheimer, autismo, epilepsia y otros trastornos.

Ahora, una nueva investigación del Instituto Salk muestra que las células de apoyo poco conocidas en el cerebro conocidas como astrocitos pueden, de hecho, ser los principales actores que controlan estas ondas.

En un estudio publicado el 28 de julio en la Actas de la Academia Nacional de Ciencias, Los investigadores de Salk informan sobre una estrategia nueva e inesperada para rechazar las oscilaciones gamma, al deshabilitar no las neuronas sino los astrocitos, un tipo de células que tradicionalmente se pensaba que desempeñaban una función más de apoyo en el cerebro. En el proceso, el equipo demostró que los astrocitos y las oscilaciones gamma que ayudan a formar son fundamentales para algunas formas de memoria.

"Esto es lo que podría llamarse una pistola humeante", dice el coautor terrence sejnowski, jefe de la Laboratorio de Neurobiología Computacional en el Instituto Salk de Ciencias Biológicas y un investigador del Instituto Médico Howard Hughes. “Hay cientos de artículos que vinculan las oscilaciones gamma con la atención y la memoria, pero todos son correlacionales. Esta es la primera vez que hemos podido hacer un experimento causal, donde bloqueamos selectivamente las oscilaciones gamma y mostramos que tiene un impacto muy específico en cómo el cerebro interactúa con el mundo”.

Terrence Sejnowski, Profesor y Jefe de Laboratorio del Laboratorio de Neurobiología Computacional

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Imagen: Cortesía del Instituto Salk de Estudios Biológicos

Una colaboración entre los laboratorios de los profesores de Salk Sejnowski, Inder Verma y Esteban Heinemann descubrió que la actividad en forma de señalización de calcio en los astrocitos precedía inmediatamente a las oscilaciones gamma en el cerebro de los ratones. Esto sugirió que los astrocitos, que usan muchas de las mismas señales químicas que las neuronas, podrían estar influyendo en estas oscilaciones.

Para probar su teoría, el grupo usó un virus que transportaba la toxina del tétanos para desactivar la liberación de sustancias químicas liberadas selectivamente de los astrocitos, eliminando efectivamente la capacidad de las células para comunicarse con las células vecinas. Las neuronas no se vieron afectadas por la toxina.

Después de agregar una sustancia química para desencadenar ondas gamma en los cerebros de los animales, los investigadores encontraron que el tejido cerebral con astrocitos discapacitados producía ondas gamma más cortas que el tejido que contenía células sanas. Y después de agregar tres genes que permitirían a los investigadores activar y desactivar selectivamente la toxina del tétanos en los astrocitos a voluntad, encontraron que las ondas gamma se amortiguaron en ratones cuyos astrocitos no podían enviar señales. Apagar la toxina revirtió este efecto.

Los ratones con los astrocitos modificados parecían perfectamente sanos. Pero después de varias pruebas cognitivas, los investigadores descubrieron que fallaron en un área importante: el reconocimiento de objetos nuevos. Un ratón saludable pasó más tiempo con un elemento nuevo colocado en su entorno que con elementos familiares, como se esperaba.

En el hipocampo, la parte del cerebro que controla la memoria, se obtienen imágenes de astrocitos normales (rojo, a1) y neuronas (azul, a3). Cuando se añade la toxina tetánica (a2), sólo se ven afectados los astrocitos (verde). El panel a4 muestra las imágenes de otros paneles superpuestas. Esta exclusividad de la toxina permitió a los científicos demostrar que la actividad amortiguada en los astrocitos interfería con la formación de nuevos recuerdos en las pruebas de comportamiento.

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Imagen: Cortesía del Instituto Salk de Estudios Biológicos

En contraste, el nuevo ratón mutante del grupo trató a todos los objetos de la misma manera. "Eso resultó ser un resultado espectacular en el sentido de que la memoria de reconocimiento de objetos novedosos no solo se vio afectada, sino que desapareció, como si estuviéramos eliminando esta forma de memoria, dejando intactas otras", dice Sejnowski.

Los resultados fueron sorprendentes, en parte porque los astrocitos operan en una escala de tiempo de segundos o más, mientras que las neuronas emiten señales mucho más rápido, en la escala de milisegundos. Debido a esa velocidad más lenta, nadie sospechó que los astrocitos estaban involucrados en la actividad cerebral de alta velocidad necesaria para tomar decisiones rápidas.

"Lo que me pareció bastante singular fue la idea de que los astrocitos, tradicionalmente considerados únicamente guardianes y defensores de las neuronas y otras células, también están involucrados en el procesamiento de la información y en otras conductas cognitivas", dice Verma, profesora de la Laboratorio de Genética y Asociación Americana de Cáncer Profesor.

No es que los astrocitos sean rápidos, siguen siendo más lentos que las neuronas. Pero la nueva evidencia sugiere que los astrocitos están proporcionando activamente el entorno adecuado para que se produzcan las ondas gamma, lo que a su vez hace que el cerebro tenga más probabilidades de aprender y cambiar la fuerza de sus conexiones neuronales.

Sejnowski dice que el resultado del comportamiento es solo la punta del iceberg. “El sistema de reconocimiento es muy importante”, dice, y agrega que incluye reconocer a otras personas, lugares, hechos y cosas que sucedieron en el pasado. Con este nuevo descubrimiento, los científicos pueden comenzar a comprender mejor el papel de las ondas gamma en la memoria de reconocimiento, agrega.

Los colaboradores incluyeron a Hosuk Sean Lee del Departamento de Ciencias de la Vida en la Universidad Sogang en Seúl, Corea del Sur; Andrea Ghetti, Gustavo Dziewczapolski y Juan C. Piña-Crespo del Laboratorio de Neurobiología Molecular de Salk; António Pinto-Duarte del Instituto de Farmacología y Neurociencias de la Facultad de Medicina y la Unidad de Neurociencias del Instituto de Medicina Molecular de la Universidad de Lisboa en Portugal; Xin Wang del Laboratorio de Neurobiología Computacional de Salk; Francesco Galimi de Salk y el Departamento de Ciencias Biomédicas/Istituto Nazionale di Biostrutture e Biosistemi, Facultad de Medicina de la Universidad de Sassari en Sassari, Italia; y Salvador Huitron-Resendiz y Amanda J. Roberts del Núcleo de Evaluación del Comportamiento de Ratones en el Instituto de Investigación Scripps, en La Jolla, California.

El trabajo fue apoyado por una Beca de Innovación Salk, Premios de Investigación Innovadora Kavli, una Beca de la Fundación Calouste Gulbenkian, una Beca Pfizer de la Fundación de Investigación de Ciencias de la Vida, la Fundación de Investigación del Cerebro y el Comportamiento, la Fundación Bundy, la Fundación Internacional contra la Leucemia José Carreras, Pew Charitable Trusts , la Fundación Nacional de Ciencias, el Instituto Médico Howard Hughes, la Oficina de Investigación Naval y los Institutos Nacionales de Salud.

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 polio Jonas Salk, MD, el Instituto es una organización independiente sin fines de lucro y un hito arquitectónico.