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Espinas estables: los ratones con una copia extra de MeCP2 (abajo) tienen más espinas neuronales que los controles (arriba) tras cuatro días de entrenamiento (derecha).
POR NICHOLETTE ZELIADT
Fuente: Spectrum | 21/10/2015
Fotografía: Spectrum
Los cambios estructurales en las conexiones entre las neuronas pueden ser la base de la mejora del aprendizaje
Los cambios estructurales en las conexiones entre las neuronas pueden ser la base de la mejora del aprendizaje y las habilidades motoras observadas en los ratones con una copia extra del gen MeCP2, vinculado al autismo. El bloqueo de estos cambios con un fármaco reduce el rendimiento de los animales.
Los resultados, presentados ayer en la reunión anual de la Sociedad de Neurociencia de 2015 en Chicago, apuntan a los mecanismos neuronales que subyacen a los intereses restringidos y, en algunos casos, a las capacidades de aprendizaje excepcionales que se observan en las personas con autismo.
"Esto podría conducir a un mayor aprendizaje y un mayor rendimiento en comportamientos restringidos, como en los savants autistas", dice Ryan Ash, estudiante de posgrado en el laboratorio de Stelios Smirnakis en el Baylor College of Medicine en Houston. "Tal vez no puedan refinar iterativamente ese tipo de conductas a lo largo del tiempo, por lo que se quedan estancados en un comportamiento, que puede ser excepcional en ciertos casos pero que se ve perjudicado en otros".
Las personas portadoras de una copia extra de MeCP2 suelen tener autismo. Los ratones con la misma duplicación tienen síntomas similares al autismo, como evitar las interacciones sociales con otros ratones.
"Pero también tienen un fenotipo de super-aprendizaje", dice Ash. Obtienen mejores resultados que los controles en una prueba de aprendizaje de habilidades motoras que consiste en mantener el equilibrio sobre una barra giratoria. Los ratones típicos se caen de la barra a medida que aumenta su velocidad, pero los ratones con la duplicación aprenden a coordinar sus pies para poder permanecer en ella unos 30 segundos más.
Cuando los ratones aprenden una tarea motora, se forman nuevas sinapsis, conexiones entre neuronas, en el cerebro1. Los investigadores sospecharon que la mayor capacidad de aprendizaje de los ratones portadores de la MeCP2 adicional podría deberse a alteraciones en la formación y estabilidad de estos enlaces neuronales.
Para comprobar esta hipótesis, los investigadores utilizaron la microscopía para obtener imágenes de las neuronas del cerebro que se conectan a la médula espinal y controlan el movimiento. Tomaron imágenes de las mismas neuronas antes y después de que los ratones practicaran la prueba de la barra giratoria durante cuatro días, y de nuevo después de que los animales tuvieran cuatro días de descanso.
Apoyo a la columna vertebral
Como se esperaba, el entrenamiento estimuló a las neuronas de los ratones típicos a formar nuevas proyecciones receptoras de señales, llamadas espinas dendríticas. Aproximadamente la mitad de estas espinas permanecieron tras cuatro días de descanso, lo que sugiere la formación de memorias estables. Los ratones mutantes forman más espinas que los controles, y más de ellas permanecen después de que los ratones se tomen un descanso.
Las espinas estables tienden a agruparse. La mejora del rendimiento en la caña de pescar va unida a un mayor número de espinas agrupadas que permanecen tras el periodo de descanso.
"Creemos que esto es importante porque las espinas que están cerca unas de otras pueden impulsar la célula con más fuerza cuando se activan al mismo tiempo", dice Ash.
El entrenamiento estimula una mayor activación de una cascada de señalización llamada vía RAS en los ratones mutantes que en los controles. Se sabe que la activación de esta vía refuerza las espinas agrupadas.
El bloqueo de la activación de esta vía con un fármaco experimental llamado SL327 hace que el rendimiento de los mutantes en la barra giratoria vuelva a ser normal. Además, las espinas de estos animales se parecen más a las de los ratones típicos.
Los resultados sugieren que la formación y la estabilidad de las espinas subyacen a la mayor capacidad de aprendizaje de los ratones mutantes. Ambos procesos parecen depender de la activación de la vía RAS.
El fármaco utilizado por los investigadores dura sólo unas horas, por lo que no es probable que ayude a las personas con autismo, dice Ash. Pero los medicamentos para reducir el colesterol, llamados estatinas, bloquean la activación de la misma vía por un mecanismo diferente. "Quizá se podría hacer un tratamiento más crónico con una estatina, pero aún no lo hemos probado", dice.
Otros modelos de ratón de autismo muestran un mayor rendimiento en la prueba de la varilla giratoria. Entre ellos están los ratones con una duplicación en la región cromosómica 15q11-13 y con mutaciones en los genes CNTNAP2, NLGN3 y NRXN1, dice Ash.
Curiosamente, los ratones que carecen de una copia de MeCP2 -el gen mutado en el trastorno vinculado al autismo del síndrome de Rett- tienen un rendimiento inferior en la misma prueba y muestran una estabilidad reducida de la columna vertebral. "Mi hipótesis es que todas estas cosas son en realidad lo contrario en los ratones Rett", dice Ash.
Para ver más informes de la reunión anual de la Sociedad de Neurociencia de 2015, haga clic aquí.
Referencias:
Yang G. et al. Nature 462, 920-924 (2009) PubMed
Harvey C.D. et al. Science 321, 136-140 (2008) PubMed
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