Nuevo mecanismo implicado en el aprendizaje y la memoria relacionado con FMRP

¿Qué sucede dentro de las neuronas cuando memorizamos una contraseña o aprendemos a tocar un instrumento musical? Parte de nuestra comprensión básica sobre el aprendizaje y la memoria proviene del estudio de las condiciones en las que se interrumpe el desarrollo cognitivo. Por ejemplo, se ha demostrado que FMRP, una proteína cuya pérdida causa el síndrome X frágil, discapacidad intelectual y algunas formas de autismo, juega un papel clave en estas funciones cerebrales, ayudando a regular las conexiones sinápticas entre las neuronas. Ahora, un nuevo estudio sugiere que el papel de esta proteína es más sofisticado de lo que se sabía anteriormente.

Al observar las neuronas de memoria en la región del hipocampo del cerebro de ratón, los científicos de Rockefeller descubrieron que FMRP tiene dos funciones diferentes. Dentro de las extensiones de una neurona, o dendritas, regula las proteínas requeridas para fortalecer las conexiones con otras neuronas. Sin embargo, dentro del cuerpo de la célula, FMRP regula el estado general de la expresión génica en la neurona.

Los hallazgos sugieren que FMRP ayuda a establecer un circuito de retroalimentación entre el núcleo y las dendritas de las neuronas en actividades como el aprendizaje o la adquisición de la memoria

«Mediante la microdisección del tejido cerebral, pudimos demostrar que esta proteína controla distintas funciones en diferentes ubicaciones celulares«, asegura Robert B. Darnell, profesor de Rockefeller e investigador del HHMI, quien dirigió la investigación.

Los hallazgos, publicados en la revista eLife, pueden dar nuevas pistas sobre los mecanismos que subyacen al aprendizaje y la memoria, la disfunción intelectual y el autismo.

Regulador maestro

La formación de cada recuerdo, o el desvanecimiento de otro, requiere un cambio en la fuerza de las sinapsis entre las neuronas. A medida que la comunicación entrante llega en forma de señal eléctrica, una neurona puede modificar la fuerza sináptica, por ejemplo, creando nuevos receptores o eliminando los antiguos, una actualización que requiere que produzca rápidamente una gran cantidad de nuevas proteínas.

Esta producción de proteínas tiene lugar en las dendritas de la célula, que están llenas de moléculas de ARN que esperan ser traducidas en proteínas. FMRP actúa como un interruptor, retrasando la traducción, uniéndose a las secuencias de ARN y luego activándola al disociarse del ARN.

Se sabe que más de 900 ARN se unen y regulan directamente por FMRP. Para comprender mejor el papel de la proteína en el aprendizaje y la memoria, Darnell y sus compañeros de investigación marcaron neuronas individuales de ratón usando genética molecular y luego diseccionaron las sinapsis y los cuerpos celulares a mano para separarlos. A continuación, utilizaron CLIP, una técnica desarrollada por el laboratorio para congelar complejos de proteína-ARN en su lugar y analizar su composición.

«El sistema está construido para contenerse a sí mismo«

La fracción de dendrita contenía FMRP unido a ARN cuyos productos proteicos pueden cambiar la respuesta sináptica.

Simultáneamente, dentro del cuerpo celular de la misma neurona, la proteína se unió a un conjunto diferente de ARN que codifica modificadores de cromatina, proteínas que regulan la expresión génica al ingresar al núcleo celular y agregar etiquetas químicas al ADN.

Los hallazgos sugieren que FMRP ayuda a establecer un circuito de retroalimentación entre el núcleo y las dendritas, un mecanismo que Darnell cree que puede proporcionar una diafonía entre el centro de comando de una célula y sus miles de extensiones lejanas, manteniendo la respuesta sináptica bajo control.

«Si las neuronas no estuvieran bajo un estricto control, podrían seguir excitándose más y más, lo que finalmente provocaría una convulsión, un fenómeno que se observa en el síndrome X frágil«, concluye Darnell. «El sistema está construido para contenerse a sí mismo«.

Fuente: eLife.