El síndrome de X frágil, la causa hereditaria más común del trastorno del espectro autista, es algo fantasma. Interfiere con la producción de una proteína crítica para la formación de sinapsis durante un breve período de desarrollo temprano cuando el cerebro está optimizando su capacidadpara procesar la información sensorial. Luego se marca hacia abajo ... dejando atrás cambios permanentes en la estructura del circuito neuronal que pueden causar bajo coeficiente intelectual, dificultades de aprendizaje e hipersensibilidad, junto con otros síntomas característicos de los TEA.
Esta imagen de la naturaleza básica de Fragile X ha sido reforzada por una serie de estudios informados en un artículo titulado "Requisitos de proteína de retraso mental X frágil en el refinamiento del circuito neuronal del período crítico dependiente de la actividad" publicado el 7 de agosto en la revista Biología actual .
La investigación fue realizada por un equipo de investigadores en el Laboratorio Broadie en la Universidad Vanderbilt - Kendal Broadie, Profesor Stevenson de Neurobiología, compañero postdoctoral Caleb Doll y estudiante graduado Dominic Vita - que emplearon una batería de estado de la-Técnicas artísticas para documentar los efectos que la falta de una proteína crítica causada por el síndrome, llamada Proteína de Retraso Mental Frágil X FMRP, tiene sobre el desarrollo del cerebro y el sistema nervioso del modelo de la enfermedad de Drosophila.
Drosophila es una especie de mosca de la fruta que los biólogos han estudiado durante más de un siglo que sirve como un modelo científico valioso para estudiar el desarrollo, la neurobiología y las enfermedades genéticas humanas, incluida la Frágil X.
"Nuestra investigación confirma que la proteína X frágil es esencial para refinar la capacidad del cerebro para procesar la información sensorial. Los cerebros de las personas con el síndrome se ven perfectamente normales. Pueden caminar, hablar y masticar chicle, pero no al máximo rendimiento".Broadie dijo: "Actualmente, se está invirtiendo mucho en encontrar medicamentos para tratar a los niños mayores y adultos con Fragile-X, pero estos esfuerzos probablemente no serán efectivos. Como nuestra investigación indica, la ausencia de FMRP durante este período crítico deel desarrollo causa cambios significativos y duraderos en la forma en que el cerebro está conectado. En cambio, debemos centrarnos más en mejorar e implementar métodos para la detección temprana. Varios estudios han demostrado que los niños con X frágil pueden tratarse eficazmente con terapia conductualsi se inicia cuando tienen entre 12 y 18 meses "
Durante algún tiempo, los científicos han sabido que Fragile X es causado por una mutación en un gen, llamado Fragile X Mental Retardación 1, que se encuentra en el cromosoma X. Este gen normalmente produce FMRP, que desempeña un papel clave en la creación y el mantenimiento delconexiones entre el cerebro y el sistema nervioso periférico, particularmente durante las primeras etapas de desarrollo. El síndrome X frágil ocurre cuando una mutación impide que el gen produzca cantidades adecuadas de FMRP. Las mujeres tienen menos probabilidades de contraer el síndrome porque tienen dos cromosomas X y, por lo tanto,generalmente poseen una fuente de respaldo de la proteína. Los hombres tienen un solo cromosoma X y, por lo tanto, son más susceptibles a la enfermedad.
Muchos defectos estructurales causados por la falta de la proteína desaparecen con el tiempo, sin embargo, los problemas que crean persisten. "El problema que nos ha afectado durante décadas es exactamente cuando se requiere la proteína X Frágil y exactamente lo que hace", dijo Broadie."Está presente en el cerebro en cantidades relativamente grandes durante el desarrollo temprano, pero luego su concentración disminuye drásticamente. Muchos defectos estructurales causados por la falta de la proteína desaparecen con el tiempo, pero los problemas que crean persisten".
Para arrojar nueva luz sobre esta pregunta, los investigadores se centraron en el desarrollo del circuito de olfato de la mosca, las neuronas que transportan información olfatoria desde su antena hasta el centro de memoria de su cerebro, durante los primeros días después de que nazcaEste es un "período crítico", cuando el cerebro juvenil ajusta sus conexiones sinápticas en respuesta a la entrada sensorial, incluidos los olores que experimenta.
"En las moscas, esta remodelación neuronal se lleva a cabo en días", dijo Broadie. "En los roedores lleva semanas y en los humanos lleva años".
Al usar moscas genéticamente alteradas para eliminar el gen FMRP, los investigadores documentaron en detalle microscópico el impacto que tiene la falta de la proteína FMRP en la forma en que las neuronas crecen y las conexiones que se forman dentro del centro de aprendizaje / memoria del cerebrodurante este período crítico de remodelación. Determinaron que los animales que carecían de FMRP no podían remodelar estas conexiones en respuesta a los cambios en su entorno, a diferencia de los animales normales.
Las neuronas de proyección forman conexiones con neuronas de memoria en uniones sinápticas que se asemejan a pequeñas bombillas colgadas a lo largo de los axones en forma de alambre. En el cerebro de las moscas Frágiles X, estas uniones se agrandan significativamente. Sin embargo, forman menos conexiones de lo normal y las conexionesa menudo se encuentran en lugares inapropiados. Después de que finaliza el período crítico de remodelación, las distorsiones en las bombillas sinápticas desaparecen pero el comportamiento defectuoso permanece.
"Tuvimos que sacar todos los trucos en nuestra bolsa de herramientas para identificar estos efectos", dijo Broadie. "Podemos hacerlo en Drosophila porque cada neurona ha sido identificada y podemos manipular las células nerviosas individuales. Es imposible hacerloesto en humanos. Una célula en la mosca de la fruta es equivalente a millones de células en un humano, por lo que el comportamiento de las células individuales generalmente se pierde en el ruido ".
La información que los biólogos están obteniendo sobre la función de FMRP no se limita solo a Frágil X. La proteína es un sensor de actividad, lo que significa que media los cambios en el desarrollo neural en respuesta directa a los cambios en el medio ambiente. Hay un númerode otras proteínas cuya función puede verse afectada de manera similar y están implicadas en más de otras 20 enfermedades, incluida la enfermedad de Huntington. Por lo tanto, una mayor comprensión de cómo surge FXS mejorará la comprensión de los científicos de toda esta familia de dolencias.
La investigación fue apoyada por la subvención MH084989 de los Institutos Nacionales de Salud.
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Materiales proporcionado por Universidad de Vanderbilt . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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