Nuevos descubrimientos en la investigación de la memoria revelan el papel de la traducción dendrítica en el aprendizaje, identificando miles de micropéptidos y proteínas reguladoras clave, lo que proporciona información sobre las discapacidades intelectuales y funciones neurológicas más amplias. Crédito: Issues.fr.com
La actividad que tiene lugar en las dendritas que se ramifican desde los cuerpos celulares neuronales es clave para la formación de la memoria.
Menos de veinte minutos después de terminar este artículo, tu cerebro comenzará a almacenar la información que acabas de leer en una explosión coordinada de actividad neuronal. Detrás de este proceso hay un fenómeno conocido como traducción dendrítica, que implica un aumento en la producción de proteínas localizadas en las dendritas, las ramas espinosas que se proyectan fuera del cuerpo celular neuronal y reciben señales de otras neuronas en las sinapsis. Es un proceso clave de la memoria y su disfunción está ligada a trastornos intelectuales.
Avance en la comprensión de la memoria
Esto hace que el funcionamiento interno de la traducción dendrítica sea un “santo grial para comprender la formación de la memoria”, dice Robert B. Darnell de Rockefeller, cuyo equipo acaba de publicar un estudio en Neurociencia natural describiendo una nueva plataforma capaz de identificar los mecanismos reguladores específicos que impulsan la traducción dendrítica. El equipo explotó un método, llamado TurboID, para descubrir un conjunto completo de factores previamente desconocidos en la formación de la memoria, y ahora revela los mecanismos subyacentes a cómo la síntesis de proteínas en las dendritas contribuye a la formación de la memoria, el aprendizaje y la memoria. Los hallazgos también podrían tener implicaciones para las discapacidades intelectuales, como el síndrome de X frágil.
“Las limitaciones tecnológicas han impedido durante mucho tiempo realizar un inventario completo de la actividad en el sinapsis involucrado en la formación de la memoria”, dice el autor principal Ezgi Hacisuleyman, quien realizó la investigación como investigador postdoctoral en el laboratorio de Darnell. Ahora es profesora asistente en el Instituto Scripps Herbert Wertheim de Innovación y Tecnología Biomédica de la UF. “Nuestras nuevas técnicas pueden lograr esto con una resolución extremadamente alta para examinar neuronas in vitro que imitan fielmente lo que vemos en el cerebro. »
“El trabajo de Hacisuleyman define una vía bioquímica completamente nueva que coincide, complementa y amplía significativamente lo que ya sabemos sobre la memoria y el aprendizaje”, añade el profesor Darnell, Robert y Harriet Heilbrunn.
Una forma única de metabolizar el ARN
La formación de la memoria se centra alrededor del hipocampo, una región del cerebro tan central para el aprendizaje que cuando los cirujanos se la extirparon a las personas con epilepsia en la década de 1940, los pacientes recordaban su infancia pero perdieron la capacidad de formar nuevos recuerdos. Desde entonces ha quedado claro que los recuerdos se forman, en parte, debido a la síntesis de nuevas proteínas que se lleva a cabo localmente en las dendritas del hipocampo.
Darnell, un médico científico, observó la importancia de la traducción dendrítica mientras trabajaba con pacientes cuyo sistema inmunológico había atacado el hipocampo. “Hablaba con un paciente durante 30 minutos, salía de la habitación, volvía a entrar y era como si nunca me hubiera visto antes”, dice. “Fue entonces cuando comencé a preguntarme por qué las neuronas del hipocampo tienen su propio sistema regulador. ARN Metabolismo: un sistema que ninguna otra célula del cuerpo utiliza.
Resulta que este sistema está en el centro de cómo nuestro cerebro forma recuerdos y aprende nueva información. Se convirtió en una prioridad para el laboratorio de Darnell, que culminó con el desarrollo de CLIP por parte de su equipo en 2003, un método que permitió a los investigadores estudiar proteínas que se unen al ARN e influyen en él. Pero los límites persistieron. “Aún faltaban muchos detalles sobre cómo responden las neuronas a los estímulos en las dendritas”, dice Hacisuleyman. “Necesitábamos esta información porque desempeña un papel a la hora de determinar cómo funcionan las neuronas y cuándo van mal las cosas en las enfermedades neurológicas. »
Descubriendo micropéptidos
Para tener una mejor idea del papel que desempeñan los cambios en las dendritas en el aprendizaje, Hacisuleyman amplió la plataforma TurboID para que funcione en conjunto con la secuenciación de ARN, CLIP, traducción y análisis de proteínas. La plataforma permitió al equipo rastrear la actividad de las dendritas antes, durante y varios minutos después de la activación neuronal, capturando así momentos críticos en la síntesis de proteínas en la célula y, lo que es más importante, la etapa considerada esencial para la formación de la memoria.
El análisis de estos momentos cruciales reveló una alteración microscópica de la dendrita. Tras su activación, los ribosomas locales saltan a los ARNm, una acción que tiene todas las características bioquímicas de la formación de memoria y que los modelos predicen que hará que la dendrita produzca no sólo nuevas proteínas, sino también 1.000 pequeñas proteínas conocidas como micropéptidos, cuya función aún se desconoce. . . El equipo también identificó una proteína de unión a ARN que ayuda a sellar el enlace entre estos ribosomas y el ARNm, y demostró que si esta proteína se desactiva, los micropéptidos propuestos y sus proteínas asociadas no se formarán.
“Nunca supimos que estos micropéptidos podrían existir”, dice Darnell. “Esto abre un nuevo campo de estudio, en el que podemos preguntar qué podrían hacer estos péptidos y cómo podrían desempeñar su papel en la formación de la memoria. Es un descubrimiento tan vasto que existen docenas, si no cientos, de vías para seguirlo.
Direcciones e implicaciones futuras
Entre las muchas observaciones que los investigadores descubrirán en futuros estudios, destacó una: el equipo observó que cierta proteína destacaba por su prolífica unión del ARNm en la dendrita. La proteína, llamada FMRP, es esencial para el desarrollo y la función del cerebro, y las mutaciones genéticas que impactan negativamente a la FMRP contribuyen al síndrome de X frágil, una de las causas genéticas más comunes de discapacidad intelectual. “Nuestros hallazgos encajan perfectamente con la biología molecular de FMRP y también abren la puerta a conocimientos futuros sobre lo que funciona mal en el X frágil”, afirma Darnell.
Más allá de los resultados inmediatos del artículo, dendrítico-TurboID también podría permitir a los investigadores examinar la regulación del ARN y la síntesis de proteínas en otras regiones del cerebro y aplicar los hallazgos a diferentes enfermedades. “Ahora podemos empezar a examinar muchos más sitios con lupa”, afirma Hacisuleyman.
“Cuando desarrollas una nueva técnica como lo hizo Hacisuleyman, entras en una habitación en la que nadie ha estado antes”, añade Darnell. “La luz se enciende y los resultados son impresionantes. »
