Investigadores de la Universidad de Montreal y del Instituto de Investigación Clínica de Montreal (IRCM) han descubierto que un complejo proteínico que desempeña un papel único en la organización estructural y la función de la conectividad de las células cerebrales, así como en determinados comportamientos cognitivos.
El trabajo, realizado por un equipo dirigido por Hideto Takahashi, director de la unidad de investigación sobre desarrollo de sinapsis y plasticidad del IRCM, en colaboración con el equipo de Steven Connor, de la Universidad de York, y el de Masanori Tachikawa, de la Universidad japonesa de Tokushima, se ha publicado en The EMBO Journal.
A pesar de la prevalencia de las enfermedades mentales, el desarrollo de fármacos y el tratamiento de ellas es difícil debido a la complejidad del cerebro
Aunque los defectos en la organización de las sinapsis están relacionados con muchas afecciones neuropsiquiátricas, no se conocen bien los mecanismos responsables de esta organización. Los investigadores creen que los hallazgos del nuevo estudio podrían aportar valiosos conocimientos terapéuticos.
Según Takahashi, hay dos objetivos importantes a tener en cuenta en esta investigación: “Uno es descubrir nuevos mecanismos moleculares de comunicación entre células cerebrales”, explica. "El otro es desarrollar un nuevo modelo animal único de trastornos de ansiedad que muestre comportamientos similares a los del trastorno de pánico y la agorafobia, lo que nos ayudará a desarrollar nuevas estrategias terapéuticas".
COMPRENDER LOS MECANISMOS
Las enfermedades mentales, como los trastornos de ansiedad, el autismo y la esquizofrenia, figuran entre los principales trastornos de salud en todo el mundo. A pesar de su prevalencia, el desarrollo de fármacos y el tratamiento de muchas de estas enfermedades han resultado muy difíciles, debido a la complejidad del cerebro. Por ello, los científicos se han esforzado por comprender los mecanismos subyacentes que conducen a los trastornos cognitivos con el fin de avanzar en las estrategias terapéuticas.
Las uniones entre dos células cerebrales (neuronas) se denominan sinapsis, y son esenciales para la transmisión de señales neuronales y las funciones cerebrales. Los defectos en las sinapsis excitadoras, que activan la transmisión de señales a neuronas diana, y los de las moléculas sinápticas predisponen a muchas enfermedades mentales.
El equipo liderado por Takahashi ha descubierto previamente un nuevo complejo proteico dentro de la unión sináptica, denominado TrkC-PTPσ, que sólo se encuentra en las sinapsis excitatorias. Los genes que codifican TrkC (NTRK3) y PTPσ (PTPRS) están asociados a trastornos de ansiedad y autismo, respectivamente. Sin embargo, se desconocen los mecanismos por los que este complejo regula el desarrollo de las sinapsis y contribuye a las funciones cognitivas.
El trabajo realizado en el nuevo estudio por el primer autor, Husam Khaled, estudiante de doctorado en el laboratorio de Takahashi, demostró que el complejo TrkC-PTPσ regula la maduración estructural y funcional de las sinapsis excitatorias mediante la regulación de la fosforilación, una modificación bioquímica de proteínas, de muchas proteínas sinápticas, mientras que la interrupción de este complejo provoca defectos específicos de comportamiento en ratones.
Las neuronas vecinas se comunican a través de sinapsis, que actúan como puentes que permiten el paso de señales entre ellas
Las neuronas son los componentes básicos del cerebro y el sistema nervioso, responsables de enviar y recibir señales que controlan las funciones cerebrales y corporales. Las neuronas vecinas se comunican a través de sinapsis, que actúan como puentes que permiten el paso de señales entre ellas.
Este proceso es esencial para el correcto funcionamiento del cerebro, como el aprendizaje, la memoria y la cognición. Los defectos en las sinapsis o sus componentes pueden interrumpir la comunicación entre neuronas y provocar diversos trastornos cerebrales.
Al generar ratones con mutaciones genéticas específicas que alteran el complejo TrkC-PTPσ, el equipo de Takahashi descubrió las funciones únicas de este complejo. Demostraron que este complejo regula la fosforilación de muchas proteínas implicadas en la estructura y organización de las sinapsis.
Las imágenes de alta resolución de los cerebros de los ratones mutantes revelaron una organización anormal de las sinapsis, y un análisis más detallado de sus propiedades de señalización mostró un aumento de las sinapsis inactivas con defectos en la transmisión de señales. Además, observando el comportamiento de los ratones mutantes, los científicos comprobaron que presentaban niveles elevados de ansiedad, especialmente una mayor evitación en condiciones desconocidas, y conductas sociales deterioradas.