La síntesis de proteínas también se produce en las sinapsis

Hipocampo de rata. Foto: Tom Deerinck, NCMIR   

Cuando aprendes a manejar la última aplicación que te has descargado en el móvil se producen modificaciones en tu cerebro. Para empezar se crean nuevas conexiones entre neuronas que, con la práctica, se verán reforzadas. Esas conexiones se establecen entre los axones de una neurona y las dendritas de otras formando lo que se llama sinapsis. El establecimiento y el reforzamiento de las sinapsis nuevas (plasticidad sináptica) los realizan físicamente proteínas. Durante mucho tiempo se creía que estas proteínas se producían en el cuerpo de la neurona. Ahora, un grupo de investigadores encabezado por Iván Cajigas, del Instituto Max Planck (Alemania), ha identificado más de 2500 proteínas que se sintetizan localmente en dendritas y axones de neuronas del hipocampo. Publican sus resultados en Neuron.

De toda la carga genética que tiene un individuo, lo que se denomina genoma, sólo una parte se convierte en proteínas en una célula dada. Es lógico: ¿qué hacen proteínas que sólo son necesarias en el hígado en una célula de la piel? Además, en un mismo tipo de tejido, en distintas circunstancias, se pueden transcribir unas proteínas diferentes o en distintas cantidades: pensemos en un hígado sano, por ejemplo, frente al hígado de un alcohólico. De aquí surge el concepto de transcriptoma: es el conjunto de ARN mensajero (ARNm) que existe en un tejido dado en unas condiciones dadas. Por así decirlo, es el conjunto de recetas que se han usado en una cocina dada un día determinado: no es lo mismo un McDonald's un lunes que Etxanobe un jueves.

Estudios anteriores habían mostrado en las dendritas conjuntos de ARNm escasos y, lo más llamativo, diferentes. Tan diferentes que no coincidía ni una sola de las recetas. Cajigas et al. se plantearon si no sería el caso de que la carta de este restaurante en concreto fuese extremadamente amplia y que los estudios previos sólo estuviesen viendo partes de ella. ¿Habría muchas más moléculas de ARNm pendientes de descubrir? ¿Era simplemente un problema de sensibilidad? Una cosa parecía clara, para descubrirlo la metodología debía ser distinta a los chips de ADN y la hibridación in situ que se había empleado hasta ahora.

Los investigadores diseccionaron la capa de neuropilo del hipocampo de la rata. Esta capa alberga una alta concentración de axones y dendritas, pero carece de cuerpos celulares de neuronas piramidales (el principal tipo de célula en el hipocampo). Emplearon a continuación técnicas de secuenciación de alta resolución para detectar el ARNm que se suponía que por estar presente en bajas concentraciones no se había detectado antes. Encontraron 8379 ARNm en el neuropilo, de los cuales 2550 eran exclusivos de las dendritas y/o los axones.

Los investigadores fueron un paso más allá, empleando una técnica de código de barras fluorescente (Nanostring nCounter) para la visualización en alta resolución y la cuantificación de las moléculas de moléculas individuales de ARNm. Encontraron que la concentración de ARNm en las neuronas puede llegar a variar en tres órdenes de magnitud.

Adicionalmente los investigadores fueron capaces de clasificar muchos de los ARNm identificados y determinar su función en la plasticidad sináptica. Había recetas para moléculas señalizadoras, de soporte estructural y de receptores de neurotransmisores. Entre los ARNm de dendritas y axones clasificados estaban algunos relacionados con el autismo.

Este es un resultado que revela una capacidad insospechada de la maquinaria de síntesis de proteínas de suministrar, mantener y modificar la población de proteínas a nivel de dendritas y sináptico. En un símil político, pone de relieve que el estado neuronal tiene transferidas muchas competencias a los entes locales.

Este trabajo es de investigación básica, es decir, contribuye a nuestro conocimiento de las sinapsis, por lo que hablar de aplicaciones es prematuro. Que las tendrá en el futuro es indudable.

Referencia:

Cajigas, I., Tushev, G., Will, T., tom Dieck, S., Fuerst, N., & Schuman, E. (2012). The Local Transcriptome in the Synaptic Neuropil Revealed by Deep Sequencing and High-Resolution Imaging Neuron, 74 (3), 453-466 DOI: 10.1016/j.neuron.2012.02.036