Una enzima evita que la actividad cerebral se salga de control

Nuestros cuerpos tienen la capacidad de modificar los contactos entre las neuronas. Entre otras cosas, así evita que la actividad cerebral se salga de control. Investigadores del Hospital Universitario de Bonn, junto con un equipo de Australia, han identificado un mecanismo que juega un papel importante en esto. En células cultivadas, este mecanismo altera el acoplamiento sináptico de las neuronas y, por lo tanto, la transmisión y el procesamiento de estímulos. Si se interrumpe, el resultado pueden ser enfermedades como la epilepsia, la esquizofrenia o el autismo. Los hallazgos se publican en la revista Informes de celda.

Casi 100 mil millones de células nerviosas realizan su servicio en el cerebro humano. Cada uno de estos tiene una media de 1.000 contactos con otras neuronas. En estas llamadas sinapsis, la información se transmite entre las células nerviosas.

Sin embargo, las sinapsis son mucho más que un simple cableado. Esto ya se puede ver en su estructura: consisten en una especie de dispositivo transmisor, la presinapsis, y una estructura receptora, la postsinapsis. Entre ellos se encuentra la hendidura sináptica. Esto es realmente muy estrecho. Sin embargo, impide que los impulsos eléctricos se transmitan fácilmente. En cambio, las neuronas, en cierto sentido, gritan su información entre sí a través de la brecha.

Para este propósito, la presinapsis es activada por pulsos de voltaje entrantes para liberar ciertos neurotransmisores. Estos cruzan la hendidura sináptica y se acoplan a «antenas» específicas en el lado postsináptico. Esto hace que también disparen pulsos eléctricos en la celda receptora. «Sin embargo, la cantidad de neurotransmisor liberado por la presinapsis y el grado en que responde la postsinapsis están estrictamente regulados en el cerebro», explica la Prof. Dra. Susanne Schoch McGovern, del Departamento de Neuropatología del Hospital Universitario de Bonn.

Mecanismos de control sofisticados

Por ejemplo, ciertas sinapsis se fortalecen durante el aprendizaje: incluso un estímulo eléctrico débil de la neurona transmisora ​​es suficiente para desencadenar una respuesta fuerte en la célula receptora. En cambio, las sinapsis poco utilizadas se atrofian. Además, los sofisticados mecanismos de control evitan que la actividad eléctrica en el cerebro se extienda demasiado o, por el contrario, se desvanezca demasiado rápido. «También hablamos de homeostasis sináptica», explica el Prof. Dr. Dirk Dietrich del Departamento de Neurocirugía del Hospital Universitario. «Asegura que la actividad cerebral esté siempre dentro de un rango saludable».

Sin embargo, los procesos que mantienen este equilibrio solo se comprenden parcialmente. Un mecanismo por el cual el cerebro responde a cambios duraderos en la actividad neuronal se conoce como plasticidad homeostática. «Ahora hemos demostrado que una proteína llamada RIM1 juega un papel clave en este proceso», dice Schoch McGovern. RIM1 está agrupado en la llamada «zona activa» de la presinapsis, el área donde se liberan los neurotransmisores.

Como cualquier proteína, RIM1 consta de una gran cantidad de aminoácidos contiguos. Los investigadores ahora han demostrado que algunos de estos aminoácidos están unidos por una enzima a un compuesto químico, un grupo fosfato. Dependiendo de qué aminoácido se modifique de esta manera, la presinapsis puede liberar posteriormente más o menos neurotransmisor. Los grupos fosfato forman la «memoria» de las sinapsis, por así decirlo, con la que recuerdan el nivel de actividad actual. «En la presinapsis, las vesículas llenas de transmisores están listas para ser disparadas como las flechas de un arco tenso», dice Dietrich. «Tan pronto como entra un pulso de voltaje, se liberan a la velocidad del rayo. La fosforilación cambia el número de estas vesículas».

Synapse llamadas con voz más fuerte

Si la presinapsis puede «disparar» más vesículas como resultado, su llamada a través de la hendidura sináptica se vuelve más fuerte, en sentido figurado. Si, por el contrario, el número de vesículas disminuye bruscamente debido a cambios en el estado de fosforilación de RIM1, la llamada es apenas audible. «El efecto que se produce depende del aminoácido fosforilado», dice el Dr. Johannes Alexander Müller del grupo de investigación de Schoch McGovern. Comparte la autoría principal del estudio con su colega, la Dra. Julia Betzin.

Esto significa que el cerebro presumiblemente puede ajustar la actividad de las sinapsis individuales con mucha precisión a través de RIM1. La enzima SRPK2 desempeña otro papel clave: une los grupos fosfato a los aminoácidos de RIM1. Sin embargo, también hay otros jugadores, como las enzimas que eliminan los grupos fosfato nuevamente si es necesario. «Suponemos que existe toda una red de enzimas que actúan sobre RIM1 y que estas enzimas también controlan la actividad de las demás», explica Dietrich.

El equilibrio sináptico es inmensamente importante; si se interrumpe, el resultado pueden ser enfermedades como la epilepsia, pero posiblemente también la esquizofrenia o el autismo. Curiosamente, la información genética de RIM1 a menudo se altera en personas con estos trastornos psiquiátricos. Esto puede significar que la proteína RIM1 es menos efectiva en ellos. «Ahora queremos dilucidar aún más estas relaciones», dice Schoch McGovern, quien también es miembro del Área de Investigación Transdisciplinaria «Vida y Salud». «Tal vez surjan nuevas opciones terapéuticas para estas enfermedades a partir de nuestros hallazgos a largo plazo, aunque ciertamente hay un largo camino por recorrer antes de que eso suceda».