luan diniz / ufrjSinapsis, puntos coloreados en las neuronasluan diniz / ufrj
Consideradas durante mucho tiempo como meras coadyuvantes en el funcionamiento cerebral, las células gliales recién cobraron relevancia en los últimos años, cuando surgieron trabajos que comenzaron a comprobar su incidencia en el desarrollo, la regeneración y la estructuración del sistema nervioso. Ellas representan casi la mitad de las células cerebrales –la otra mitad son las neuronas– y, según sugieren estudios recientes, su mal funcionamiento está relacionado con el desarrollo de dolencias neurodegenerativas. Investigadores de la Universidad Federal de Río de Janeiro (UFRJ) ahora han identificado otra función esencial de las glías. El equipo de la bióloga Flávia Alcantara Gomes comprobó que los astrocitos –el tipo más común de las células gliales–, controlan la formación de conexiones (sinapsis) entre las neuronas, las células que transportan y almacenan información en el cerebro.
“Sin las células gliales, gran parte de las sinapsis no se realizaría en forma eficiente”, sostiene Alcantara. En un artículo publicado en noviembre en el Journal of Biological Chemistry, ella y sus colaboradores demostraron que una proteína que los astrocitos producen en abundancia –el factor de crecimiento transformante ß1 (TGF-ß1)– regula la formación de sinapsis en ratones y en seres humanos. En su opinión, este descubrimiento abre perspectivas para una mejor comprensión del rol de las glías en el desarrollo de alteraciones neurológicas y en el envejecimiento. Existen señales de que en las fases iniciales de algunas enfermedades y del envejecimiento, antes de comenzar a morir, las neuronas pierden las conexiones entre sí.
Ya había indicios de que los astrocitos colaboraban para la formación de las sinapsis. Hace unos 10 años, Ben Barres, Frank Pfrieger y colegas de la universidad de Stanford, en Estados Unidos, relataban que las neuronas de ratones criados en laboratorio formaban mayor cantidad de sinapsis en presencia de astrocitos. Ellos incluso habían identificado moléculas secretadas por los astrocitos que inducían la formación de sinapsis. Pero esas moléculas solamente inducían la formación del espacio sináptico o la estructura donde ocurre la transmisión del impulso nervioso entre una neurona y otra, que no siempre eran funcionales.
Luan Diniz/ UFRJGenerando redes: proteína secretada por los astrocitos induce la formación de sinapsis, puntos coloreados en las neuronasLuan Diniz/ UFRJ
El grupo de la UFRJ comprobó que el TGF-ß1 es capaz de hacer las dos cosas: induce la formación de esas estructuras y de sinapsis funcionales activas. “Utilizamos dos caminos para arribar a la misma conclusión”, explica Alcantara. “Una evaluación bioquímica con modelo in vitro y el análisis por electrofisiología, que identifica corrientes eléctricas características de sinapsis”.
Durante el desarrollo del sistema nervioso embrionario, las células gliales funcionan como células madre de la corteza cerebral y en el sistema nervioso adulto pueden originar tanto células neuronales como astrocitos. Previamente, los investigadores de la UFRJ ya habían descubierto que el TGF-ß1 inducía la diferenciación de las células madre progenitoras en astrocitos, pero no en neuronas. En la investigación actual, el TGF-ß1 oriundo de los astrocitos cumple una nueva función. Las neuronas que crecieron en el medio de cultivo con esa proteína realizan hasta tres veces más sinapsis que en un medio de cultivo común. Lo propio sucede cuando al TGF-ß1 se lo inyecta directamente en la corteza cerebral del animal vivo.
A decir verdad, el grupo comprobó que el rol del TGF-ß1 en la formación de las sinapsis de la corteza cerebral ocurre en forma indirecta. El factor TGF-ß1 activa la producción del aminoácido (unidad formadora de las proteínas) D-serina, que es secretado por la neurona y, en el medio extracelular, se asocia con el neurotransmisor glutamato (vea la infografía). Actuando en conjunto, la D-serina y el glutamato activan la producción de sinapsis en la neurona. Y cuanta más D-serina, mayor cantidad de sinapsis.
Ahora, en humanos
“El gran mérito de ese trabajo radica, en primer lugar, en mostrar como los astrocitos contribuyen en términos bioquímicos para la formación de sinapsis y también mostrar eso con células derivadas de tejido humano”, relata el neurocientífico Luiz Roberto Giorgetti de Britto, de la Universidad de São Paulo. Sucede que hasta ahora, los estudios sobre la compleja relación entre neuronas y astrocitos se habían realizado tan sólo en ratones y no en seres humanos.
Para el ensayo con tejido humano, el equipo extrajo astrocitos del tejido cerebral que iba a descartarse en pacientes sometidos a cirugía para el tratamiento de la epilepsia en el Hospital Universitario de la UFRJ. “Como el encéfalo humano es más complejo y difícil para trabajar, no existía un modelo adecuado”, añade Alcantara. Los resultados fueron similares, demostrando que, en términos bioquímicos, las células presentan el mismo comportamiento que en los astrocitos de ratones.
“Ese trabajo es el fruto de una ciencia multidisciplinaria mediante la colaboración entre diversos grupos de investigación básica y clínica”, dice Alcantara. Pensando en ello, el grupo estudia actualmente si los astrocitos derivados de modelos animales del mal de Alzheimer o de pacientes con epilepsia mantienen su potencial para inducir la formación de sinapsis. Paralelamente, sus integrantes pretenden realizar un test similar con astrocitos de pacientes con esquizofrenia.
“La habilidad cognitiva humana se encuentra asociada al complejo de las conexiones sinápticas”, dice Alcantara. “En forma análoga, las disfunciones en el procesamiento de informaciones en el cerebro pueden conducir a serios desórdenes neurológicos. La comprensión del mecanismo por el cual se forman y se regulan las sinapsis es un paso clave para el conocimiento del cerebro y para el desarrollo de terapias de reparación del sistema nervioso”.
Artículo científico
DINIZ, L.P. et al. Astrocyte-induced synaptogenesis is mediated by transforming growth factor beta signaling through modulation of D-serine levels in cerebral cortex neurons. Journal of Biological Chemistry. v. 287(49), p. 41.432-45. 30 nov. 2012.
