Los científicos atrofiaron la pubertad de los gusanos machos al matarlos de hambre antes de someterse a la maduración sexual. En un estudio financiado por los Institutos Nacionales de Salud, los científicos sugirieron que el estrés por inanición incluso días antes de la maduración sexual evitó los cambios normales en los patrones de cableado de las llavescircuitos neuronales, que causaron que los gusanos machos adultos actuaran inmaduros.
"Descubrimos que el estrés ambiental puede impactar de manera permanente y profunda la conectividad de un sistema nervioso en desarrollo", dijo Oliver Hobert, Ph.D., profesor de ciencias biológicas en la Universidad de Columbia en la ciudad de Nueva York y autor principal del estudiopublicado en Nature.
El laboratorio del Dr. Hobert estudia el sistema nervioso de pequeños gusanos transparentes llamados Caenorhabditis elegans o C. elegans. Anteriormente, los científicos de su laboratorio mostraron cómo la maduración sexual reprograma genéticamente y da nueva forma a los patrones de cableado de algunos circuitos neuronales en gusanos machos,haciéndolos diferentes de sus compañeros de apareamiento hermafrodita.
En este estudio, Emily Bayer, una estudiante graduada en el laboratorio, descubrió que la exposición al estrés, específicamente al hambre, antes de la maduración puede interrumpir el programa de cableado en los machos que dejan a los gusanos adultos con circuitos inmaduros. Sus resultados también sugirieron que estas respuestas ael estrés estaba, en parte, controlado por la serotonina, un neurotransmisor asociado con la depresión en humanos.
"Explorar cómo los genes y el entorno dan forma al sistema nervioso es fundamental para comprender cómo los circuitos se descomponen para causar una variedad de trastornos neurológicos", dijo Jill Morris, Ph.D., directora del programa en el Instituto Nacional de Trastornos Neurológicos del NIH yAccidente cerebrovascular NINDS.
Inicialmente, Bayer estresó a los gusanos inmaduros cuando accidentalmente dejó algunos animales desatendidos durante algunas semanas. Esto causó que los gusanos detuvieran su crecimiento normal y entraran en lo que los científicos llaman un "estado dauer".
"Básicamente, si los gusanos inmaduros sienten estrés de cualquier tipo, pueden detener temporalmente su crecimiento normal durante meses y luego reiniciarlo cuando el estrés pasa. Esta congelación temporal en el proceso de crecimiento es el estado más dañino", dijo el Dr. Hobert.
Finalmente, Bayer devolvió los gusanos a su entorno normal y los dejó crecer hasta convertirse en adultos. Después de examinar el sistema nervioso de los gusanos estresados, notó algo inusual. Normalmente, algunas de las conexiones neuronales en las colas de los machos se eliminan o se podan, durante la maduración sexual. En cambio, descubrió que las conexiones inmaduras en los gusanos estresados permanecían. Los experimentos de seguimiento sugirieron que esto era estrictamente causado por el hambre y ninguna otra forma de estrés, como el calor, podría haber causado el estado más dañino.
"Estaba totalmente sorprendido. De hecho, nunca pensé que el estrés de los gusanos fuera importante", dijo Bayer. "No fue hasta que vi diferencias en sus circuitos que me di cuenta de que el estrés podría reasignar sus diagramas de cableado".
También descubrió que la inanición antes de la maduración sexual causaba que los gusanos machos adultos actuaran de manera inmadura durante los comportamientos que se sabe que están controlados por estos circuitos. A diferencia de los machos adultos normales, los gusanos estresados eran altamente sensibles a un químico nocivo llamado SDS. Los gusanos estresados nadaron lejos deSDS mientras que los machos normales apenas respondieron. Los gusanos estresados también tuvieron problemas de apareamiento. Específicamente, pasaron mucho menos tiempo en contacto con los gusanos hermafroditas que los machos normales.
Otros experimentos sugirieron que la poda de los circuitos estaba controlada por los efectos opuestos de la serotonina y la octopamina, un primo químico del neurotransmisor humano norepinefrina "lucha o huida". Los gusanos hambrientos producían cantidades anormalmente altas de octopamina, lo que bloqueaba la producción de serotonina. Exposiciónlos machos inmaduros a la serotonina durante la inanición causaron la poda normal y los adultos tuvieron reacciones maduras a la SDS. Por el contrario, agregar octopamina a la dieta de un gusano macho inmaduro evitó la poda del circuito.
¿Estos resultados sugieren que el estrés puede interrumpir los cambios que sufre el sistema nervioso humano durante el desarrollo temprano?
"Esa es una pregunta difícil. En este momento, es muy difícil precisar este tipo de diferencias en humanos y otros animales con grandes sistemas nerviosos complicados", dijo el Dr. Hobert. "Sin embargo, los gusanos son tan simples y fáciles de estudiar quepodemos proporcionar pruebas detalladas de los principios que pueden guiar a los sistemas nerviosos grandes y pequeños ".
Actualmente su laboratorio es parte de un proyecto a nivel nacional, llamado CeNGEN, para mapear la actividad genética de cada neurona en el sistema nervioso C. elegans. Los resultados de este proyecto pueden ayudar a los investigadores a explorar completamente cómo las colisiones entre genes y experiencia, o la naturalezay nutrir, dar forma a un sistema nervioso.
Este estudio fue apoyado por subvenciones del NIH NS039996, NS096863, OD010440 y el Instituto Médico Howard Hughes.
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Materiales proporcionado por NIH / Instituto Nacional de Trastornos Neurológicos y Accidentes Cerebrovasculares . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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