Nueva función de los receptores del ácido N-metil-D-aspártico en la plasticidad cerebral y el aprendizaje
Las señales entre las células nerviosas del cerebro, o neuronas, se transmiten a través de las sinapsis: pequeños espacios que permiten la comunicación entre neuronas. Estas conexiones no son estáticas, ya que pueden modificarse con el tiempo mediante un proceso llamado «plasticidad», fundamental para el aprendizaje y la memoria. «Las neuronas se activan a través de sinapsis que generan determinados patrones de actividad eléctrica, los cuales se transmiten a otras neuronas. Así es cómo funciona la red cerebral», explica el coordinador del proyecto NovelNMDA, Brett Carter, del Instituto Europeo de Neurociencia(se abrirá en una nueva ventana) del Hospital Universitario(se abrirá en una nueva ventana) de Gotinga (Alemania). El proyecto NovelNMDA fue financiado por el Consejo Europeo de Investigación(se abrirá en una nueva ventana). Cuando la célula emisora se activa o es estimulada, genera una señal eléctrica que se convierte en un neurotransmisor químico, en este caso, glutamato, el cual interactúa con los receptores de la célula receptora. Los receptores de del ácido N-metil-D-aspártico (NMDA) están presentes en la mayoría de las sinapsis glutamatérgicas. «Si logramos entender cómo funciona la señalización NMDA, podríamos actuar sobre ella, ya sea mediante otros experimentos o con enfoques farmacológicos, con el fin de alterar la plasticidad sináptica», señala Carter. A largo plazo, esta investigación fundamental podría ser útil para desarrollar tratamientos más sofisticados para trastornos neurológicos como, por ejemplo, la depresión de larga duración.
La importancia de los iones de calcio
Cuando los receptores NMDA están activos, abren un canal que permite el paso de iones de calcio hacia el interior y exterior de la célula, lo que altera su comportamiento eléctrico, explica Carter. «Los receptores NMDA han sido objeto de estudio porque se considera que ese calcio es fundamental para la señalización bioquímica en las sinapsis y para la plasticidad sináptica». Sin embargo, los receptores NMDA también pueden funcionar sin necesidad de abrir el canal de calcio. «Es posible que esta señalización sea independiente de los iones de calcio que atraviesan estos receptores, un mecanismo nuevo que hasta ahora no se había reconocido», comenta Carter. «Creemos que, además de abrir el canal iónico cuando el glutamato se une, el receptor envía otra señal al interior de la célula que, a continuación, desencadena una cascada bioquímica responsable de la plasticidad a largo plazo».
Técnicas de imagenología para identificar el calcio
Se utilizaron técnicas de imagenología óptica con moléculas fluorescentes sensibles al calcio para observar sinapsis individuales. Al mismo tiempo, se registraron las señales eléctricas generadas por las neuronas mediante técnicas de electrofisiología en ratones de laboratorio, con el fin de analizar cómo funcionaban y cambiaban esas sinapsis de forma individual. «Empleamos métodos farmacológicos para manipular los receptores en rutas de señalización concretas y así observar cómo afectaba esa medida electrofisiológica», explica Carter. A lo que agrega: «Logramos hacer algunos avances en el conocimiento sobre el proceso de esta plasticidad». El equipo descubrió una nueva función de señalización en los receptores NMDA, independiente de la actividad de su canal iónico, que parece implicar señalización retrógrada y posiblemente influye en la plasticidad sináptica de una manera desconocida hasta ahora. Carter comenta que la ketamina, un fármaco que ya se emplea para la depresión resistente al tratamiento, «bloquea la función de canal iónico del receptor NMDA, pero preserva su otra función no iónica». Las investigaciones previas se han centrado en los cambios postsinápticos, pero la plasticidad también tiene lugar en las neuronas presinápticas o emisoras, afirma, tal y como se descubrió en el proyecto financiado con fondos europeos SYNPRIME.
Enfoque en el desarrollo temprano
Carter comenta que los bigotes de los roedores son órganos sensoriales clave, conectados con la corteza somatosensorial, la región del cerebro encargada de procesar la información sensorial como el tacto, el dolor, la temperatura y la percepción corporal. La plasticidad ocurre de forma continua, también en etapas avanzadas de la vida. «Pero nos centramos en la plasticidad durante el desarrollo temprano, un periodo crítico en el que la experiencia con el entorno modifica el funcionamiento de las células de la corteza somatosensorial», agrega el investigador. «Además de la plasticidad a largo plazo, observamos un curioso patrón de plasticidad a corto plazo en las sinapsis corticales, que muestra un desarrollo progresivo de depresión con el tiempo».
