Un tipo de célula cerebral que a menudo se ignora desempeña un papel dinámico y sorprendentemente complejo en nuestra capacidad para procesar información, según una nueva investigación de la Oregon Health & Science University.
El estudio, publicado en la revista Science, proporciona evidencia directa de la acción en tiempo real de un tipo de células gliales en forma de estrella, conocidas como astrocitos, en los cerebros vivos de moscas de la fruta. El abundante tipo de células, aproximadamente el 35% de todas las células del cerebro humano, parece ser una parte clave de la orquestación de una compleja red que gobierna la función cerebral.
"Esperamos que esto comience a cambiar fundamentalmente la forma en que el campo piensa sobre los astrocitos y su papel en la mediación de la neurofisiología y la conducta", dijo el autor principal Marc Freeman, Ph.D., director del Vollum Institute de OHSU. "A largo plazo, debería cambiar la forma en que las personas piensan sobre el desarrollo de terapias para la regulación de la atención, la ansiedad y el estado de ánimo".
El descubrimiento se replicó en los astrocitos de roedores, lo que sugiere que es una característica antigua de la evolución que probablemente se conserve en otros mamíferos, incluidos los humanos.
"Creo que es evolutivamente relevante para la supervivencia", dijo el autor principal Kevin Guttenplan, Ph.D., científico postdoctoral en el laboratorio de Freeman. "Si un tigre está detrás de ti, necesitas cambiar rápidamente la forma en que piensan regiones completas del cerebro: es hora de cerrar todo lo demás en tu mente y concentrar totalmente el cerebro en escapar. No es el momento de pensar en otra cosa".
Investigación con base en descubrimientos
Hubo un tiempo en que se pensaba que los astrocitos solo cumplían un papel de apoyo al proporcionar alimento y eliminar los desechos de las neuronas, las células que forman el "cableado" del cerebro mediante la transmisión de señales que nos permiten pensar, actuar y sentir sensaciones.
En 2016, Freeman y sus colaboradores documentaron por primera vez que los astrocitos también transmiten señales entre neuronas.
Con base en ese descubrimiento, los investigadores muestran algunos de los mecanismos específicos que revelan cómo esas células transmiten señales. Resulta ser una interacción muy compleja en la que los astrocitos pueden activar y desactivar su capacidad para responder a los neurotransmisores químicos del cerebro, como la dopamina y el glutamato.
"Los astrocitos son realmente grandes, y una sola célula puede tener 100,000 sinapsis capaces de enviar señales a otras células", explica Guttenplan. "Este mecanismo les permite elegir a qué neuronas escuchar. Ser capaz de apagar algunos de esos circuitos permite que los astrocitos den sentido a la cacofonía de la actividad que ocurre en el cerebro de un momento a otro".
Los investigadores descubrieron que al manipular esta vía de activación dentro de los astrocitos, pudieron interrumpir el comportamiento de las moscas de la fruta, lo que destaca el hecho de que estos pequeños cambios pueden tener un impacto potente.
"Los astrocitos pueden ser la clave"
Los neurocientíficos han asumido previamente que los astrocitos son un elemento mucho más pasivo en la fisiología del cerebro.
"Este estudio muestra la importancia de los astrocitos en la actividad neuronal y la conducta", afirma Miriam Leenders, Ph.D., directora del programa en el Instituto Nacional de Trastornos Neurológicos y Accidentes Cerebrovasculares, parte de los Institutos Nacionales de Salud (sigla en inglés, NIH), que financió el estudio. "También demuestra cómo los estudios fundamentales de neurociencia en sistemas modelo como la mosca de la fruta pueden proporcionar nuevos conocimientos fundamentales sobre la fisiología del cerebro".
La nueva investigación revela que los astrocitos pueden responder directamente a los mensajes de todo tipo de neuronas. De esta manera, desempeñan un papel en la compleja red de señalización neuronal que impulsa la cognición y controla el comportamiento físico. Además, descubrieron que estas respuestas cambian dinámicamente con el estado cerebral, lo que permite que los astrocitos orquesten la compleja red de neuronas que permiten al cerebro atender las tareas que tiene entre manos.
"Estas células controlan activamente la actividad neuronal, de manera realmente poderosa", dijo Guttenplan.
Sin embargo, los científicos advierten que el descubrimiento complica la comprensión científica de cómo funciona el cerebro. Imagínese un solo astrocito erizado con miles de sinapsis cuyos mecanismos de activación pueden ser activados o silenciados alternativamente por una miríada de señales que se arremolinan a su alrededor. Y luego multiplícalo por millones de astrocitos en todo el cerebro humano.
"Es abrumadoramente complicado", asevera Guttenplan.
Al mismo tiempo, los investigadores están encontrando cada vez más pruebas de que las células gliales desempeñan un papel en las lesiones cerebrales y en las enfermedades neurodegenerativas como las enfermedades de Alzheimer y Parkinson. Mejorar la comprensión científica sobre cómo funcionan estas células podría ayudar a prevenir enfermedades o desarrollar tratamientos.
"En algunas de estas enfermedades, cosas como el enfoque y la atención se interrumpen", dijo Guttenplan. "Los astrocitos pueden ser la clave".
Además de Freeman y Guttenplan, los coautores incluyen a Isa Maxwell, B.A., Erin Santos, B.A., Luke A. Borchardt, B.S., Ernesto Manzo, Ph.D., y Leire Abalde-Atristain, Ph.D., de OHSU; y Rachel D. Kim, Ph.D., de la Grossman School of Medicine de la New York University.
La investigación reportada en esta publicación fue apoyada por la Fundación Helen Hay Whitney y el Instituto Nacional de Trastornos Neurológicos y Accidentes Cerebrovasculares de los NIH bajo los números de subvenciones F32NS119352, T32NS007466, R01NS053538 y R01NS124146. El contenido es responsabilidad exclusiva de los autores y no necesariamente representa las opiniones oficiales de los NIH.
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