Científicos de UT Southwestern han identificado genes clave involucrados en ondas cerebrales que son fundamentales para codificar recuerdos. Los hallazgos, publicados en línea esta semana en Naturaleza Neurociencia, eventualmente podría usarse para desarrollar terapias novedosas para personas con trastornos de pérdida de memoria como la enfermedad de Alzheimer y otras formas de demencia.
Crear un recuerdo implica que grupos de células cerebrales disparen cooperativamente a varias frecuencias, un fenómeno conocido como oscilaciones neuronales. Sin embargo, explican los líderes del estudio Bradley C. Lega, MD, profesor asociado de cirugía neurológica, neurología y psiquiatría, y Genevieve Konopka,Ph.D., profesor asociado de neurociencia, la base genética de este proceso no está clara.
"Hay un dicho famoso durante 100 años en la neurociencia: las neuronas que se disparan juntas se conectarán", dice Lega. "Sabemos que las células involucradas en el aprendizaje se disparan en grupos y forman nuevas conexiones debido a la influencia de estas oscilaciones. Pero, ¿cómolos genes que regulan este proceso en las personas es completamente desconocido".
Lega y Konopka, ambos miembros del Peter O'Donnell Jr. Brain Institute, colaboraron en un estudio anterior para explorar esta pregunta, recolectando datos sobre las oscilaciones neuronales de voluntarios y usando métodos estadísticos para conectar esta información con los datos sobre la actividad genética recolectadosde cerebros post mortem. Aunque estos resultados identificaron una lista prometedora de genes, dice Konopka, hubo una deficiencia importante en la investigación: la oscilación y los datos genéticos provinieron de diferentes conjuntos de individuos.
Más recientemente, el dúo aprovechó una oportunidad sin precedentes: realizó un estudio similar en pacientes que se sometieron a cirugías en las que se extirparon partes dañadas de sus cerebros para ayudar a controlar su epilepsia.
Los investigadores trabajaron con 16 voluntarios de la Unidad de Monitoreo de Epilepsia de UT Southwestern, donde los pacientes con epilepsia permanecen durante varios días antes de someterse a una cirugía para extirpar las partes dañadas de sus cerebros que provocan las convulsiones. Los electrodos implantados en los cerebros de estos pacientes durante este tiempo no solo ayudansus cirujanos identifican con precisión el foco de la convulsión, dice Lega, pero también pueden proporcionar información valiosa sobre el funcionamiento interno del cerebro.
Mientras registraban la actividad eléctrica en los cerebros de 16 voluntarios, los investigadores les pidieron que realizaran tareas de "recuerdo libre" que implicaban leer una lista de 12 palabras, resolver un problema matemático corto para distraerlos y luego recordar tantas palabras como fuera posibleA medida que estos pacientes memorizaban las listas de palabras, se registraron sus ondas cerebrales, creando un conjunto de datos que difería ligeramente de una persona a otra.
Alrededor de seis semanas después, cada voluntario se sometió a una lobectomía temporal extirpación del lóbulo temporal del cerebro para curar sus convulsiones. Esta área con frecuencia sirve como origen de las convulsiones epilépticas y también es importante para la formación de la memoria. Dentro de los cinco minutos dela cirugía, el tejido cerebral dañado se envió para su procesamiento para evaluar la actividad genética.
El equipo de Konopka primero realizó la secuenciación completa del ARN, una técnica que identifica genes activos, en muestras del lóbulo temporal que incluían todos los tipos de células del cerebro. Utilizando técnicas estadísticas que vincularon esta actividad con las oscilaciones neuronales de los pacientes durante la tarea de recuperación libre, los investigadoresidentificaron 300 genes que parecían desempeñar un papel en la actividad oscilatoria. Los investigadores redujeron este número a una docena de "genes centrales" que parecían controlar redes de genes separadas.
A continuación, los investigadores observaron la actividad de estos genes centrales en tipos de células separados dentro de las muestras. Sorprendentemente, descubrieron que varios de estos centros no estaban activos dentro de las propias células nerviosas, sino en una población diferente de células conocida como glía.Estas células brindan apoyo y protección a las células nerviosas, incluida la fabricación de la capa de grasa que aísla las células nerviosas para que puedan transmitir señales eléctricas de manera eficiente.
Finalmente, los investigadores usaron una técnica llamada ATAC-seq, que identifica áreas de ADN que están abiertas para que moléculas llamadas factores de transcripción se adhieran y activen genes. Usando este enfoque, perfeccionaron SMAD3, un gen que parece servircomo un regulador maestro para controlar la actividad de muchos de los genes centrales y los genes que controlan a cambio.
Konopka y Lega señalan que varios de los genes que identificaron como importantes en las oscilaciones neuronales humanas se han relacionado con otros trastornos que pueden afectar el aprendizaje y la memoria, como el trastorno del espectro autista, el trastorno por déficit de atención con hiperactividad, el trastorno bipolar y la esquizofrenia. Conmás investigación sobre estos genes y las redes en las que operan, eventualmente podría ser posible apuntar a genes selectos con productos farmacéuticos para mejorar la memoria en personas con estas y otras condiciones, dicen los investigadores.
"Esto nos da un punto de entrada", dice Konopka, becario de Jon Heighten en Autism Research. "Es algo en lo que podemos centrarnos para aprender más sobre los fundamentos de la memoria humana".
Este trabajo fue apoyado por el Instituto Nacional de Salud Mental F30MH105158 y MH103517, el Instituto Nacional sobre el Abuso de Drogas 5T32DA007290-25, el Instituto Nacional del Corazón, los Pulmones y la Sangre 1T32HL139438-01A1; el Instituto Nacional de Trastornos Neurológicos yAccidente cerebrovascular NS106447 y NS107357, una subvención inicial de la iniciativa BRAIN de UT 366582, la Fundación Chilton, el Centro Nacional para el Avance de las Ciencias Traslacionales de los NIH con el número de premio UL1TR001105 del Centro de Medicina Traslacional, la Iniciativa Chan Zuckerberg, un fondo asesorado deFundación Comunitaria de Silicon Valley HCA-A-1704-01747, y la Iniciativa Científica del Siglo XXI de la Fundación James S. McDonnell para Comprender la Cognición Humana -- Premio Académico.
Fuente de la historia:
Materiales proporcionado por Centro médico del sudoeste de UT. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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