La singularidad de las sinapsis
El encéfalo humano está compuesto por unos ochenta y cinco mil millones de neuronas. Gracias a una combinación de señales eléctricas y químicas, estas neuronas se comunican entre sí y nos permiten movernos, pensar y sentir. El lugar donde tiene lugar esta comunicación entre neuronas se denomina sinapsis. No obstante, aunque todas las sinapsis transmiten señales, no todas lo hacen de la misma manera, lo cual ha constituido un enigma durante mucho tiempo. Pero las investigaciones efectuadas en el marco del proyecto Dyn-Syn-Mem, financiado con fondos europeos, han contribuido a esclarecer el funcionamiento interno del sistema nervioso. «Queríamos comprender cómo la nanoorganización y la movilidad de los receptores de neurotransmisores en las sinapsis determinan la especialización funcional de las conexiones neuronales», explica Daniel Choquet(se abrirá en una nueva ventana), investigador del Centro Nacional de Investigación Científica de Francia(se abrirá en una nueva ventana) y de la Universidad de Burdeos(se abrirá en una nueva ventana), entidad coordinadora del proyecto. El proyecto fue financiado por del Consejo Europeo de Investigación(se abrirá en una nueva ventana).
Nuevos conocimientos sobre el procesamiento de información, el aprendizaje y la memoria
El proyecto se centró en los receptores de glutamato tipo AMPA (AMPAR), que son los principales mediadores de las transmisiones excitatorias rápidas. Para ello, se desarrollaron y emplearon técnicas punteras como la imagenología de superresolución, el seguimiento de partículas individuales y la ingeniería molecular, con el fin de visualizar, manipular y analizar la dinámica de estos receptores en tejido nervioso intacto. «Mediante la combinación de estas herramientas con ensayos fisiológicos y pruebas conductuales, pudimos estudiar cómo la organización nanométrica de los receptores contribuye al procesamiento de información, el aprendizaje y la memoria», explica Choquet.
Implicaciones para comprender el deterioro cognitivo
El planteamiento multidisciplinar del proyecto dio lugar a varios descubrimientos revolucionarios. Por ejemplo, en lo que respecta a la memoria, los investigadores identificaron defectos tempranos a nanoescala en la dinámica de los AMPAR que preceden a la pérdida neuronal y al deterioro cognitivo, y que podrían servir como biomarcadores prometedores o como posibles dianas terapéuticas. En el proyecto también se descubrió que los AMPAR se organizan en nanogrupos dinámicos denominados «nanodominios», los cuales rigen la intensidad y la plasticidad de las sinapsis ajustando la concentración local de receptores. «Descubrimos que las propiedades de estos nanodominios varían entre sinapsis, lo que confiere una firma molecular que determina la identidad funcional de cada sinapsis», añade Choquet. Más allá de estos descubrimientos científicos, el equipo del proyecto desarrolló herramientas moleculares pioneras y métodos de imagenología cuantitativa, que ya utilizan investigadores de todo el mundo para estudiar la función de los receptores en la salud y la enfermedad.
Redefinir del concepto de diversidad sináptica
Los estudios de Dyn-Syn-Mem han contribuido a redefinir el concepto de diversidad sináptica. «En lugar de considerar las sinapsis como entidades homogéneas, ahora sabemos que la distribución y movilidad a nanoescala de los receptores determinan la forma en que cada sinapsis procesa y responde a la actividad», observa Choquet. Según el investigador, este descubrimiento es fundamental para entender cómo el cerebro codifica y almacena la información. «Gracias a nuestra investigación, ahora se sabe que las alteraciones en la nanoorganización de los receptores contribuyen de forma temprana a la disfunción cognitiva en afecciones como la enfermedad de Alzheimer, la enfermedad de Huntington y los trastornos del espectro autista», afirma Choquet. La investigación efectuada en el proyecto también respalda prioridades clave de la Unión Europea en los ámbitos de la neurociencia y el envejecimiento saludable, ya que ofrece nuevas bases conceptuales y tecnológicas para el tratamiento de encefalopatías y trastornos neurológicos.
De la dinámica de los receptores a los trastornos neurológicos
Para avanzar en el tratamiento de trastornos neurológicos y encefalopatías, los investigadores estudian ahora cómo los estados patológicos del encéfalo —como el estrés crónico, la neuroinflamación, el envejecimiento o las mutaciones genéticas— alteran la organización de las sinapsis a nanoescala. También están evaluando si restaurar la dinámica fisiológica de los receptores mediante intervenciones específicas podría contribuir a recuperar la función cognitiva en modelos de enfermedad. «La próxima frontera es traslacional y nos permitirá aplicar lo que hemos aprendido sobre la dinámica de los receptores a los trastornos neurológicos», concluye Choquet.
