Neurocientíficos del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT, por sus siglas en inglés), en Estados Unidos, han descubierto una vía celular que permite que se fortalezcan sinapsis específicas durante la formación de los recuerdos. Los hallazgos proporcionan una visión del mecanismo molecular por el cual los recuerdos a largo plazo están codificados en una región del hipocampo llamada CA3.
Los investigadores descubrieron que una proteína llamada Npas4, identificada previamente como un controlador maestro de la expresión génica desencadenada por la actividad neuronal, controla la fuerza de las conexiones entre las neuronas en el CA3 y las de otra parte del hipocampo llamada giro dentado. Sin Npas4, los recuerdos a largo plazo no se pueden formar.
«Nuestro estudio identifica un mecanismo sináptico dependiente de la experiencia para la codificación de recuerdos en CA3 y proporciona la primera evidencia de una vía molecular que lo controla selectivamente», señala uno de los autores, Yingxi Lin, profesor asociado de Ciencias Cognitivas y del Cerebro y miembro del Instituto McGovern para la Investigación Cerebral del MIT.
Lin es el autor principal del estudio, que se detalla en un artículo que se publica en la edición este jueves de la revista ‘Neuron’. El autor principal del artículo es el científico investigador del Instituto McGovern Feng-Ju (Eddie) Weng.
Los neurocientíficos saben desde hace tiempo que el cerebro codifica los recuerdos al alterar la fuerza de las sinapsis o las conexiones entre las neuronas. Esto requiere interacciones de muchas proteínas que se encuentran tanto en las neuronas presinápticas, que envían información sobre un evento, como en las neuronas postsinápticas, que reciben la información.
Las neuronas en la región CA3 desempeñan un papel fundamental en la formación de recuerdos contextuales, que son recuerdos que vinculan un evento con la ubicación donde tuvo lugar, o con otra información contextual, como el tiempo o las emociones. Estas neuronas reciben entradas sinápticas de tres vías diferentes, y los científicos han planteado la hipótesis de que una de estas entradas, desde el giro dentado, es crítica para codificar nuevos recuerdos contextuales. Sin embargo, no se conoce el mecanismo de cómo se codifica esta información.
En un estudio publicado en 2011, Lin y sus colegas encontraron que Npas4, un gen que se activa inmediatamente después de nuevas experiencias, parece actuar como controlador principal del programa de expresión génica requerido para la formación del recuerdo a largo plazo. También encontraron que Npas4 es más activo en la región CA3 del hipocampo durante el aprendizaje.
Ya se sabía que esta actividad era necesaria para el aprendizaje contextual rápido, como se requiere durante un tipo de tarea conocida como condicionamiento contextual del miedo. Durante el acondicionamiento, los ratones reciben una descarga eléctrica leve cuando entran y exploran una cámara específica. En cuestión de minutos, los roedores aprenden a temer la cámara y la próxima vez que entran, se quedan paralizados.
Cuando los investigadores noquearon el gen Npas4, descubrieron que los ratones no podían recordar el evento del miedo. También detectaron el mismo efecto cuando bloquearon el gen preciso en la región CA3 del hipocampo. Sin embargo, bloquearlo en otras partes del hipocampo no tuvo ningún efecto en la memoria.
MANTENIMIENTO DE SINAPSIS
En el nuevo estudio, los investigadores exploraron en mayor detalle cómo Npas4 ejerce sus efectos. El laboratorio de Lin había desarrollado previamente un método que hace posible etiquetar fluorescentemente las neuronas CA3 que se activan durante este condicionamiento de miedo. Usando el mismo proceso, los científicos demostraron que, durante el aprendizaje, ciertas entradas sinápticas a las neuronas CA3 se fortalecen, pero no a otras. Además, este fortalecimiento requiere Npas4.
Las entradas que se fortalecen selectivamente provienen de otra parte del hipocampo llamada giro dentado. Estas señales transmiten información sobre el lugar donde tuvo lugar la experiencia temerosa. Sin Npas4, las sinapsis procedentes de la circunvolución dentada de CA3 no se fortalecieron y los roedores no pudieron formar recuerdos del evento.
Otros experimentos revelaron que este fortalecimiento se requiere específicamente para la codificación de recuerdos, no para recuperar recuerdos ya formados. Los investigadores también detectaron que la pérdida de Npas4 no afecta a las entradas sinápticas que las neuronas CA3 reciben de otras fuentes.
Los investigadores también identificaron uno de los genes que controla Npas4 para ejercer este efecto sobre la fuerza de la sinapsis. Este gen, conocido como plk2, está involucrado en la reducción de las estructuras postsinápticas. Npas4 activa plk2, lo que reduce el tamaño y la fuerza de la sinapsis. Esto sugiere que Npas4 por sí mismo no fortalece las sinapsis, pero las mantiene en un estado que les permite fortalecerse cuando sea necesario. Sin Npas4, las sinapsis se vuelven demasiado fuertes y, por lo tanto, no se les puede inducir a codificar los recuerdos fortaleciéndolas aún más.
