Estas pequeñas proteínas revelan un nuevo tipo de diversidad cerebral.
Un estudio halla que las endorfinas y otros neuropéptidos varían ampliamente entre los tipos de células cerebrales y apuntan a nuevos objetivos posibles para las drogas psiquiátricas
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| Imagen: Un nuevo estudio examinó los componentes básicos del cerebro del ratón, sus tipos de células, mediante el análisis de una clase de proteínas pequeñas conocidas como neuropéptidos. A la izquierda, las células cerebrales del ratón se representan como puntos de colores, agrupados por los genes que activan y desactivan. A la derecha, las mismas células se agrupan basándose solo en neuropéptidos y genes relacionados con neuropéptidos. |
El científico Stephen Smith había estado esperando un cierto tipo de conjunto
de datos durante mucho tiempo. Este científico del Instituto Allen tiene un gran interés en la
diversidad cerebral, no en el sentido de que el cerebro de una persona sea
diferente al de otra, sino en la variada e increíble variación dentro de un solo
cerebro.
Hay muchas maneras diferentes de explorar este tipo de diversidad, pero
un conjunto de datos publicado el año pasado por compañeros de Smith en el Instituto Allen ofrece una pista
única a esta pregunta: ¿Por qué nuestros cerebros tienen tantos tipos
diferentes de neuronas y tipos diferentes de conexiones entre esas neuronas?
Ese conjunto de datos, y otros de su tipo, son catálogos de tipos de
células cerebrales del ratón o de la
corteza humana, la capa más externa del cerebro. Estos datos revelaron que hay
sustancialmente más tipos únicos de células cerebrales en un solo ratón o en un
cerebro humano de lo que se pensaba anteriormente, unas 100 o más en solo una o
dos regiones de la corteza cerebral. Para Smith, esos conjuntos de datos del
tipo de células cerebrales también fueron el punto de partida para explorar
otra capa más profunda de diversidad cerebral: la variación entre sinapsis, los
puntos de conexión entre las neuronas.
"Las sinapsis son claramente muy diversas en estructura y función,
pero, hasta ahora, esta diversidad ha resultado muy difícil de comprender
sistemáticamente", según Smith. "Este es un problema clave que hay
que abordar porque creemos que la diversidad de sinapsis es fundamental para el
funcionamiento de nuestros cerebros".
En un estudio publicado recientemente en la revista científica eLife,
Smith y sus colegas del Instituto Allen describen una posible conexión entre la
diversidad de células cerebrales y la diversidad de sinapsis: una gran clase de
proteínas pequeñas conocidas como neuropéptidos. Probablemente se piense en el neuropéptido más famoso, las endorfinas, pero
hay cerca de 100 tipos más. Sus nuevos hallazgos implican que los neuropéptidos
podrían ser la base de muchos aspectos de la diversidad cerebral y podrían ser
objetivos prometedores para tratamientos psiquiátricos más específicos. El
estudio publicado se centra en los tipos de células cerebrales del ratón, pero
los investigadores también están analizando las células cerebrales humanas.Cómo se sintoniza el cerebro
Los científicos tienen una comprensión general de cómo las sinapsis transmiten
mensajes entre las neuronas: una neurona transmite una señal eléctrica que
estimula la liberación de pequeñas moléculas conocidas como neurotransmisores
en la sinapsis, el espacio increíblemente delgado entre dos neuronas.
Dependiendo del tipo de señal que se envía, los neurotransmisores hacen que la
neurona vecina dispare su propia señal eléctrica o impiden esa señal.
Pero esas dos opciones de la sinapsis
– excitar o inhibir - son solo una pequeña parte de los posibles tipos de
comunicación. Si los neurotransmisores son las palabras a través de las cuales
las neuronas juntan una oración, hay todo un universo de otras neuromoléculas
que alteran el tono de voz, el volumen y el significado final de esos mensajes
neuronales.
Los neuropéptidos son una de esas moléculas de ajuste fino. Están implicados en el estado de ánimo (endorfinas,
por ejemplo, que causan el fenómeno conocido como la euforia del corredor), el apetito,
el dolor, el consumo de alcohol, la presión arterial y el sueño. Pero
exactamente cómo y dónde actúan en el cerebro está menos claro.
Al examinar los extensos datos disponibles públicamente sobre los tipos
de células cerebrales de ratones, Smith descubrió que "los genes de
neuropéptidos resultaron ciertamente sorprendentes". Los genes que
codifican los neuropéptidos no solo se activaron o expresaron en casi todas las
neuronas individuales de los ratones, sino que su expresión fue increíblemente
diversa. Cada tipo de neurona que formaba parte del conjunto de datos activa una colección
diferente de genes de neuropéptidos. Esa diversidad no se da en otros tipos de
moléculas de neuroseñalización, como los neurotransmisores.
"Nunca podríamos haber descubierto que los neuropéptidos se expresan
en todas las neuronas que observamos hasta que tuvimos este conjunto de datos
que captura tanta información a nivel de células individuales", según
Smith. "Lo primero que pensé fue, tal vez hemos encontrado un nuevo
principio de cómo estos innumerables tipos de células trabajan juntos para
ajustar la señalización sináptica de cada uno".
¿Por qué tenemos tantos tipos de células cerebrales?
¿Podría la diversidad de neuropéptidos realmente conducir a la diversidad
neuronal?. Los científicos saben que los neuropéptidos han existido durante
mucho, mucho tiempo. Muchas de estas pequeñas proteínas no han sido alteradas
por los cientos de millones de años de evolución que separan a todas las
criaturas que tienen neuronas.
Este análisis también plantea nuevas preguntas sobre cómo los diferentes
tipos de neuronas trabajan juntas. Cada neuropéptido encaja en un receptor
neuropéptidico específico, como una llave en una cerradura. Al observar dónde
se activa cada neuropéptido y su receptor correspondiente en el conjunto de
datos de tipos de células cerebrales, los investigadores predijeron qué tipos
de neuronas podrían comunicarse entre sí utilizando estas pequeñas proteínas.
Los neuropéptidos también podrían ser un buen objetivo para las nuevas
terapias psiquiátricas. La mayoría de los medicamentos psiquiátricos modernos
se dirigen a otros tipos de moléculas de señalización cerebral, como la
dopamina y la serotonina, que son mucho más ubicuas en todo el cerebro.
Dirigirse a un solo neuropéptido podría limitar los efectos de una terapia a un
conjunto más pequeño de neuronas, o incluso a un tipo específico de célula
cerebral, lo que podría significar menos efectos secundarios.
Los neurocientíficos han estado trabajando durante años para definir los
diferentes bloques de construcción del cerebro de los mamíferos, los tipos de
células. Encontrar esos elementos básicos abre muchas nuevas vías y preguntas, según
Michael Hawrylycz, biólogo computacional en el Instituto Allen, quien también
es coautor del estudio de neuropéptidos.
“La agrupación de datos a gran escala ha identificado muchos tipos de
células cerebrales que muestran correspondencia a lo largo de los tejidos y de
las especies. Ahora podemos comenzar a preguntarnos sobre lo que significan los
grupos de células que emergen de esos datos”, según Hawrylycz. "Este es un
ejemplo de un tipo profundo de análisis de los tipos de células, algo que
apenas estamos comenzando a desentrañar".
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