Los genes que influyen en recordar, olvidar y aprender

Según un estudio publicado en la edición del 30 de marzo de la revista Cell, los biólogos de la Universidad de Utah han descubierto que ciertos genes y proteínas que promueven el crecimiento y desarrollo de embriones también ayudan a transmitir señales químicas que ayudan a las personas a aprender, olvidar, recordar y tal vez incluso ser adicto.
Autor principal del estudio, el profesor de biología Andrés Villu Maricq dijo:

"Encontramos que estas moléculas y vías de señalización [llamadas Wnt] no se retiran después del desarrollo del organismo, pero tienen un nuevo y sorprendente papel en el adulto. Se las llama a la acción para cambiar las propiedades del sistema nervioso en respuesta a experiencia."

Los investigadores realizaron el estudio en C. elegans - el gusano redondo de un milímetro o nematodo. C. elegans son ampliamente utilizados en la investigación como un organismo modelo para animales vertebrados, incluidos los humanos.
Como los estudios ya han demostrado que otras vías Wnt en gusanos también funcionan en humanos, los investigadores especulan que los genes Wnt, las proteínas Wnt que generan y la llamada "señalización Wnt", también juegan un papel en la memoria, el aprendizaje y el olvido humanos.
Maricq explicó:

"Casi con certeza, lo que hemos descubierto también está sucediendo en nuestro cerebro". Un receptor de nicotina humano involucrado en adicción, esquizofrenia y algunos otros trastornos mentales, es similar a un "receptor" de señal nerviosa de gusano y según Maricq, algunos de los genes identificados en el estudio "representan posibles nuevos objetivos para el tratamiento de la esquizofrenia y quizás adiccion."

Durante el desarrollo del embrión, se sabe que los genes Wnt y sus proteínas "modelan el desarrollo y la distribución de los órganos en el cuerpo". Además, cuando son mutados, son responsables de los defectos del desarrollo y varios tipos de cáncer.

La base del aprendizaje y la memoria

Las sinapsis son las conexiones entre las neuronas (células nerviosas) que permiten que las señales eléctricas o químicas pasen a otra célula. El aprendizaje y la memoria desempeñan un papel en cómo las sinapsis se producen, destruyen, fortalecen o debilitan. Los receptores (proteínas) se transfieren o eliminan de las sinapsis para hacer que la conexión sea más fuerte o más débil.
Los investigadores identificaron una "vía de señalización Wnt", una serie de genes y las proteínas que producen, que regula la potencia de transmisión de una señal nerviosa de una neurona a otra. Esto permite la "plasticidad" de las sinapsis, un componente vital en el aprendizaje, el recuerdo y el olvido.
Maricq explicó:

"El sistema nervioso adulto no es un tejido estancado, sino más bien dinámico y plástico, con la fuerza de las sinapsis (conexiones neuronales a neuronas especializadas) que cambia con la experiencia, el aprendizaje y la memoria. No es algo fijo, como cuando estás hecho haciendo el corazón, ya terminaste ".

Según Maricq, un organismo aprende y recuerda cuándo los receptores fortalecen la conexión; cuando se eliminan los receptores y debilitan la conexión, el organismo se olvida.
Las sinapsis se fortalecen o debilitan cuando una neurona transmite una señal nerviosa y libera una sustancia química conocida como neurotransmisor a otra neurona. Este neurotransmisor viaja a través de la conexión que une las dos células, y se une a los receptores en la superficie de la segunda neurona.
Maricq dijo:

"Puedes pensar en receptores como amplificadores, como audífonos.
El volumen de la señal nerviosa recibida depende de la cantidad de receptores que se almacenan en un depósito de suministros justo debajo de la superficie de la célula nerviosa.
La señalización Wnt identificada en el nuevo estudio le dice al depósito que ponga más receptores en la sinapsis, o no ".

Maricq destaca que la señal química Wnt en el estudio fue acetilcolina y es diferente a la señal nerviosa real transmitida por un neurotransmisor químico.
Maricq dijo:

"La señal Wnt es una señal secundaria que controla el volumen de
la señal del neurotransmisor ".

Control de volumen de la señal nerviosa: los gusanos proporcionan información

El equipo identificó la "vía de señalización" al debilitar varios genes en los gusanos. Descubrieron que una neurona transmite un receptor de señal nerviosa llamado acetilcolina (ACR-16) a otra neurona que le ordena aumentar la cantidad de receptores en su superficie, aumentando así la fuerza de las señales nerviosas entre las neuronas.
Los investigadores descubrieron que cuando debilitaban el gen que produce la proteína del receptor ACR-16, no había suficientes receptores, por lo que las señales nerviosas se interrumpieron y los gusanos "tenían movimientos descoordinados", según Maricq. "Estaban semi-paralizados".
El equipo descubrió variaciones de otros genes que también causaban la debilidad de los receptores ACR-16 y el deterioro del movimiento de las lombrices. Descubrieron que estos genes pertenecen a la "vía de señalización Wnt" que coloca una cantidad suficiente de receptores en la superficie de la célula para recibir señales.
Además de ACR-16, los genes en esa ruta produjeron proteínas llamadas CWN-2, que es una proteína Wnt, LIN-17, CAM-1 y DSH-1. Cómo la vía controla la fuerza de las señales nerviosas entrantes:

• 1. CWN-2 es liberado por una neurona y se adhiere a una proteína receptora en la célula receptora de señal. CWN-2 es una combinación recientemente descubierta de las proteínas LIN-17 y CAM-1.


• 2. La proteína LIN-17 / CAM-1 transmite una señal a una proteína llamada dishevelled (DSH-1).


• 3. "DSH-1 de alguna manera envía la señal de control de volumen que despacha más receptores ACR-16 de depósitos dentro de la segunda neurona a la superficie de esa célula, aumentando así el volumen de la señal nerviosa recibida", dijo Maricq.

El equipo marcó los receptores ACR-16 usando una proteína verde de medusa para que pudieran verse bajo un microscopio.Los investigadores pudieron ver que los receptores marcados en verde se juntaban debajo de las superficies de las células nerviosas, en lugar de moverse a la superficie, cuando cualquiera de los genes en la vía de señalización de Wnt era mutante.

Los investigadores también registraron las corrientes eléctricas en las sinapsis y descubrieron que era más pequeño cuando cualquiera de los genes en la vía de señalización de Wnt estaba mutado. Según el equipo, este hallazgo explica por qué los gusanos mutantes estaban parcialmente paralizados.
El receptor nicotínico de acetilcolina alfa-7 es la versión humana y de otros vertebrados del receptor ACR-16. Ambos receptores son similares en función y estructura en animales de gusanos a ratones y humanos.
Maricq explicó:

"El receptor alfa-7 es importante en la esquizofrenia y en una serie de trastornos mentales diferentes, y puede tener un papel en la adicción, pero no entendemos cómo se regula".

Actualmente hay muchos medicamentos psiquiátricos que alteran la fuerza de la sinapsis. Los resultados del estudio indican que se deben realizar más estudios para determinar si los mismos genes de señalización de Wnt en los gusanos también controlan los niveles del receptor alfa-7 en las células cerebrales humanas. Si este es el caso, se podrían desarrollar nuevos medicamentos para atacar esos genes como una forma de tratar los trastornos mentales, incluida la adicción.
Maricq dijo:

"La adicción es como aprender en un nivel primitivo. La adicción significa que en algún lugar de tu cerebro, las sinapsis son muy fuertes. Por lo tanto, quieres más".

Escrito por Grace Rattue