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Cómo se cementan las conexiones de células cerebrales temprano en la vida

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La investigación de la estabilización de sinapsis podría ayudar en la comprensión del autismo, la esquizofrenia y la discapacidad intelectual

ANN ARBOR, Michigan.— Cuando nacimos nuestro cerebro no estaba muy bien organizado. Cada célula cerebral se comunica intensamente con las células cercanas y envía y recibe señales por medio de conexiones llamadas sinapsis.

Pero a medida que crecemos y aprendemos las cosas se estabilizan un poco más. Las sendas cerebrales que nos servirán para toda la vida empiezan a organizarse, y las sinapsis menos activas e ineficientes se apagan.

¿Pero por qué y cómo ocurre esto? Y ¿qué ocurre cuando no esto no sucede normalmente? Una nueva investigación de la Escuela de Medicina de la Universidad de Michigan podría ayudar en la explicación.

En un artículo publicado en la revista Nature Neuroscience un equipo de neurocientíficos de la UM da cuenta de importantes conclusiones acerca de cómo las células cerebrales, llamadas neuronas, mantienen sus conexiones más activas con otras células, al tiempo que caen en lapso otras sinapsis.

Específicamente demostraron que la proteína SIRP alfa, que se encuentra en la superficie de varias células en todo el cuerpo, al parecer desempeña un papel clave en el proceso de cimentación de las conexiones sinápticas más activas entre las células del cerebro. La investigación, que se hizo en cerebros de ratones, recibió financiación de los Institutos Nacionales de Salud y varias fundaciones.

Las conclusiones fortalecen el entendimiento del desarrollo básico del cerebro, y podrían ayudar en el tratamiento de condiciones como el autismo, la esquizofrenia, la epilepsia y las discapacidades intelectuales todas las cuales tienen cierta base en una función sináptica anormal.

“Para que el cerebro funcione realmente necesitamos mantener las conexiones más activas y más eficientes”, dijo el autor senior Hisashi Umemori, un profesor investigador asistente en el Instituto de Neurociencia Molecular y de la Conducta en la UM, y profesor asistente de química biológica en la Escuela de Medicina. “Por eso durnte el desarrollo es crucial el establecimiento de conexiones eficientes y la eliminación de las inactivas. Hemos identificado un mecanismo molecular clave que el cerebro usa para estabilizar y madurar las conexiones más activas”.

Umemori señaló  que las nuevas conclusiones acerca de la proteína SIRP Alfa surgen directamente del trabajo previo sobre la competencia entre las neuronas que permite que las más activas se conviertan en parte de las sendas y circuitos. (Lea más acerca de esta investigación).

El equipo sospechó  que debía haber alguna clase de señal entre las dos células a cada lado de cada sinapsis, algo que cause que las sinapsis más activas se estabilicen. Y los investigadores se propusieron averiguar qué era.

 

Conclusiones sobre SIRP

 

El grupo ya había demostrado antes que la proteína SIRP alfa estaba involucrada de alguna manera en la capacidad de una neurona para formar una terminal nerviosa presináptica -una extensión de la célula que alcanza a una célula vecina, y que puede enviar las señales químicas que las células cerebrales usan para comunicarse.

También se sabe que la SIRP alfa cumple una función importante en el resto del cuerpo, esencialmente ayudando a que las células normales adviertan al sistema de inmunidad que no las ataque. También puede ayudar a que las células del cáncer evadan la detección de los vigilantes del sistema de inmunidad.

En el nuevo estudio el equipo investigó la función de la SIRP alfa en el cerebro y empezó a entender su papel en la estabilización de las sinapsis. Los investigadores centraron su atención en el hipocampo, una región del cerebro muy importante para el aprendizaje y la memoria.

Mediante una serie de experimentos mostraron que cuando una célula cerebral recibe señales de una célula vecina mediante una sinapsis de hecho libera SIRP alfa en el espacio entre las células. Esto lo hace mediante la acción de moléculas dentro de la célula, llamadas CaMK y MMP, que actúan como tijeras moleculares cortando una proteína SIRP alfa en la mitad para que pueda flotar libremente alejándose de la célula.

La parte de la proteína SIRP alfa que flota en la “brecha” de la sinapsis se enlaza con un receptor en el otro lado llamado receptor CD47l. Esta ligazón, a su vez, parece decir a la célula que la señal enviada ha sido recibida, y que la sinapsis es buena. Así la célula atrae al lugar más moléculas de señales químicas y las libera en la sinapsis.

A medida que más y más mensajes nerviosos viajan entre la célula “emisora” y la célula “receptora” a cada lado de la sinapsis, se sujeta más SIRP alfa liberada en la sinapsis y se liga con el CD47.

Los investigadores creen que este proceso repetido es lo que ayuda a que las células determinen cuáles sinapsis conservarán y cuáles dejan que se marchiten.

Umemori dijo que el equipo ahora quiere observar qué ocurre cuando la SIRP alfa no se sujeta como debería, y qué ocurre en las células cuando se elimina una sinapsis.

“Este paso de desprendimiento de SIRP alfa debe ser crítico para el desarrollo de una red neural funcional”, añadió. “Y si no se hace bien pueden resultar enfermedades y trastornos. Quizá podemos usar este conocimiento para el tratamiento de enfermedades causadas por defectos en la formación de las sinapsis”.

Umemori anotó que el gen para el receptor CD47 se encuentra en la misma área general de nuestro ácido desoxirribonucleico donde se hallan varios genes a los cuales se cree involucrados en la esquizofrenia.

Además de Umemori el equipo investigador incluye a Anna Toth, Akiko Terauchi, Lily Y. Zhang, Erin Johnson Venkatesh y David J. Larsen del Instituto de Neurociencia Molecular y de Conducta, y Michael A. Sutton profesor asistente en el Instituto de Neurociencia Molecular y de Conducta y el Departamento de Psicología Molecular e Integrativa.

 

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