Descubren origen de sinapsis gigante

La Calyx Held (naranja) es un tipo de sinapsis gigante, que se comunica con neuronas del “núcleo medial del cuerpo trapezoide” (MNTB por sus siglas en inglés) (verde) y pasa información hacia estas neuronas. Estas neuronas a su vez envían señal inhibitoria hacia un cierto número de objetivos en el sistema cerebral auditivo y actúa como fuente maestra de una inhibición coordinada en el sistema auditivo bajo. (Crédito: University of Colorado School of Medicine)

Científicos de la Escuela politécnica federal de Lausana (EPFL por sus siglas en francés), en Suiza, revelaron un mecanismo responsable de la creación de sinapsis gigantes en el cerebro que nos permite procesar de manera eficiente la información auditiva.

Los seres humanos y la mayoría de mamíferos pueden determinar el origen espacial de sonidos con exactitud asombrosa. Para lograr este pequeño milagro cotidiano, el cerebro ha desarrollado un circuito lo suficientemente rápido para detectar ese pequeño retardo que ocurre entre el momento que la información auditiva alcanza un oído y el momento en que alcanza el otro.

El punto cumbre de este circuito es “Calyx Held“, la mayor sinapsis conocida en el cerebro. Los científicos han dado a conocer el papel que cierta proteína juega en el crecimiento de las sinapsis gigantes. Este descubrimiento podría arrojar luz sobre un gran número de enfermedades neurosiquiátricas.

De manera común, las neuronas tienen miles de puntos de contacto –conocidos como sinapsis– con sus neuronas vecinas. Dentro de cierto lapso de tiempo, una neurona debe recibir varias señales de sus vecinas para poder disparar su propia señal de respuesta. Debido a esto, la información se transmite de neurona en neurona de una manera relativamente aleatoria.

En la parte auditiva del cerebro no sucede así. Las sinapsis a menudo alcanzan tamaños extremadamente grandes, y estas gigantes se conocen como sinapsis Calyx Held. Estas tienen cientos de puntos de contactos y son capaces de transmitir una sola señal hacia una neurona vecina. “Es como tener comunicación uno-a-uno entre las neuronas”. explica el profesor Ralf Schneggenburger, quien dirige el estudio.

El resultado es que la información se procesa extremadamente rápido, en pocas fracciones de milisegundo, en lugar de un paso más despacioso de más de 10 milisegundos que es lo normal entre otros circuitos neuronales.

Para aislar la proteína responsable del control de crecimiento de estas sinapsis gigantes, los científicos realizaron una investigación cuidadosa. Por medio de métodos utilizados para analizar la expresión genética en ratones, identificaron varios miembros de la familia de proteínas “BMP” entre los más de 20,000 posibles candidatos.

Con tal de verificar que habían verdaderamente identificado la proteína correcta, los investigadores deshabilitaron los receptores de proteína BMP en la parte auditiva del cerebro del ratón. “La señal electrofisiológica resultante de la Calyx Held estaba bastante alterada”, explica Le Xiao, participante en el estudio. “Esto sugiere una diferencia anatómica muy grande”.

Los científicos reconstruyeron luego las sinapsis en tres dimensiones a partir de rebanadas observadas en un microscopio de electrones. En lugar de una sola y masiva Calyx Held, que abarcaría casi la mitad de la neurona, la imagen 3D de la neurona mostraba claramente varias y pequeñas sinapsis. “Esto demuestra que el proceso relacionado con la proteína BMP no sólo ocasiona que la sinapsis crezca sino que también realiza la selección al eliminar otras”, indicó Schneggenburger.

El impacto de este estudio es mucho más allá que nuestra sola comprensión del sistema auditivo. Los resultados sugieren que la proteína BMP juega un papel importante en el desarrollo de la conectividad cerebral. Schneggenburger y sus colegas investigan actualmente ese papel en otros lugares del cerebro.

“Algunas enfermedades neurosiquiátricas, tales como esquizofrenia y autismo, están relacionadas con un desarrollo anormal de la conectividad sináptica en ciertas áreas clave del cerebro”, explica Schneggenburger. Al identificar y explicar el papel de varias de estas proteínas en este proceso, los científicos esperan poder entender mejor estas enfermedades aún hoy poco comprendidas.

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