27 julio 2008

Receptor Nogo y bases moleculares del aprendizaje

Los recientes descubrimientos acerca de la proteína llamada "Receptor Nogo" están ofreciendo nuevas vías para pensar acerca de cómo mantener el cerebro a punto.

Los científicos han encontrado que la reducción del receptor Nogo en el cerebro se traduce en una mayor señalización en el cerebro de ratones al impulsar efectivamente la fuerza de la señal entre la
s sinapsis y las conexiones entre las células nerviosas en el cerebro. La capacidad de mejorar las conexiones de este tipo es fundamental para la capacidad de "recableado" del cerebro, un proceso que sucede constantemente a medida que aprendemos y recordamos.

Este trabajo permitió atar varios cabos sueltos de investigaciones sobre los efectos benéficos del ejercicio. Si bien tales beneficios son ampliamente reconocidos, aún no se conocen cómo las ganancias se acumulan a nivel molecular. La reducción de los efectos del receptor Nogo realizada con esta investigación les permitirá a los científicos producir cambios en el cerebro similares a los provocados por el ejercicio.

Evidencias del "recableado" del cerebro. La foto muestra un cambio de espinas dendríticas en una neurona. (Crédito: Imagen cortesía del Medical Center de la Universidad de Rochester)

El descubrimiento cayó por sorpresa ya que durante la última década el receptor Nogo ha sido un objetivo primordial de los investigadores que han tratado de inducir el crecimiento de nervios de la médula espinal. El nombre de la proteína se debe a su capacidad para detener el crecimiento de las neuronas. Su acción en el cerebro no ha sido un tema candente de estudio.

El descubrimiento de los neurocientíficos del Medical Center de la Universidad de Rochester da nueva luces acerca del receptor Nogo. En lugar de servir como un objetivo para los esfuerzos del recrecimiento de las fibras nerviosas espinales - de hecho, el equipo de Rochester el año pasado mostró que la molécula no tiene control sobre ese proceso - la molécula de repente tiene implicaciones mucho más amplias para el aprendizaje y la memoria.

Uno de los investigadores que lideró este estudio, el profesor Roman Giger, PhD y profesor asociado del departamento de Genética Biomédica de la Universidad de Rochester, dice que el Nogo parece jugar un papel para ayudar a responder una de las preguntas centrales de la Neurociencia: ¿Cuáles son las bases moleculares y celulares del aprendizaje?

Este receptor es una molécula promiscua que se engancha con muchas otras moléculas para prevenir el crecimiento de neuronas en la médula espinal. Por más de una década los científicos se han concentrado en esta molécula pensando que si la bloqueaban quizás pudiesen hacer posible la regeneración de los nervios, lo que permitiría poder reparar los daños de la médula espinal de una manera hasta ahora desconocida. Sin embargo, esta camino ha resultado ser muy difícil.

El año pasado, el equipo de Rochester liderado por Giger, demostró que si bien el receptor Nogo efectivamente previene el crecimiento de los nervios espinales, no tiene el control absoluto del proceso. La activación del receptor Nogo puede ralentizar momentáneamente el crecimiento de las neuronas pero no participa en la inhibición del crecimiento crónico de las células nerviosas lesionadas.
Giger y sus colaboradores encontraron que el Nogo está presente en regiones cerebrales como el hipocampo en una proporción 10 veces mayor a la encontrada en la médula espinal. En el cerebro se da una amplia influencia del receptor Nogo sobre la neuroplasticidad, denominación para el proceso de constante adapatación de nuestras células nerviosas para satisfacer nuestras necesidades. La neuroplasticidad es un proceso en el cual el cerebro se recablea a sí mismo dependiendo de las exigencias del organismo. Este proceso permite explicar por qué mucha gente logran recuperar muchas de las habilidades perdidas luego de un traumatismos cerebrales o accidentes cerebrovasculares: otras neuronas retoman el trabajo de aquellas que murieron.

El equipo de Giger descubrió dos maneras mediantes las cuales el receptor Nogo juega su importante papel en el cambio cerebral. En primer lugar, la molécula desempeña un papel completamente inesperado al manipular la fuerza de las señales entre las células cerebrales en la sinapsis. Un equipo dirigido por Peter Shrager, Ph.D., profesor de Neurobiología y Anatomía, realizó sofisticadas mediciones en ratones en los puntos fuertes de las señales de célula a célula. Descubrieron que los ratones mutantes con menos receptores Nogo tenían más fuerte señalización cerebral, lo que los científicos llaman "potenciación de largo plazo".

La molécula también afectó a las estructuras diminutas conocidas como espinas dendríticas, que es crucial que las conexiones entre neuronas, ya que son extensiones de las neuronas y son células que ayudar a "conversar" con otras células. En ratones con muchos receptores Nogo había una mezcla diferente de espinas dendríticas comparados con ratones normales. En el hipocampo, los ratones mutantes tenían menos espinas dendríticas con forma de hongo y más delgada y espinas que los demás ratones. Los científicos aún no saben las consecuencias del cambio, pero dicen que es firme evidencia de que el receptor Nogo tiene efectos sobre la estructura anatómica del cerebro. La creación y eliminación de las espinas dendríticas es una forma importante de cerebro cableado.

El equipo atribuyó mucho de los efectos del receptor Nogo a su capacidad para vincularse fuertemente a un factor de crecimiento conocido como FGF2 (factor de crecimiento de fibroblastos 2), que en el cerebro y otras partes del sistema nervioso central nutre las neuronas, lo que les permite ramificarse y hacer crecer los nuevos brotes. Cuando el receptor Nogo está presente en abundancia se une a moléculas de FGF2 y como resultado las neuronas ya no se ramifican ni germinan como normalmente lo harían.

En conjunto, los resultados muestran que el receptor Nogo receptor tiene un amplio impacto en los procesos en el cerebro que subyacen en el aprendizaje y la memoria, dijo Giger.

"Es conocido que los cambios en la fuerza sináptica puede llevar al cableado del sistema nervioso de tal forma que podemos compensar las lesiones leves a moderadas", dijo Giger. "El aumento de la plasticidad sináptica puede contrarrestar parcialmente los efectos de una lesión, tales como derrames cerebrales, o la lesión cerebral traumática. Realmente, el proceso que ocurre habitualmente en muchos pacientes con accidente cerebrovascular - es lo que hace que la rehabilitación después de un accidente cerebrovascular sea posible".

Gran parte del mismo tipo de cableado también ocurre como resultado del ejercicio. Los científicos han demostrado que el ejercicio mejora la neuroplasticidad del cerebro, mejorando la capacidad del cerebro de brotar nuevas estructuras y enviar señales claras lo que a su vez ayuda a las personas a recuperarse de lesiones al sistema nervioso central. Y recientemente, los investigadores en el Instituto Karolinska de Estocolmo pusieron de manifiesto que el ejercicio reduce la abundancia del receptor Nogo en el cerebro. El trabajo de Giger proporciona un marco molecular que lleva el dispares resultados.

Los resultados podrían también explicar algo que ha desconcertado a los científicos, según dijo Giger. Los ratones con médulas espinales dañadas que fueron tratados con compuestos diseñados para eliminar el receptor Nogo receptor parecen mejorar un poco, aunque los científicos nunca han podido demostrar la regeneración del nervio en los ratones. Puede ser que la mejoría está llegando a través de la señal de efecto refuerzo en la sinapsis.

Aunque es tentador pensar que la eliminación del receptor Nogo sería una manera fácil para ayudar a las personas en cualquier circunstancia a aumentar el poder de su cerebro, Giger señala que la molécula no solo se ha encontrado en la sinapsis, sino también a lo largo de los axones, donde los científicos creen que desempeña un papel importante que limita el surgimiento de las fibras nerviosas. Cualquier esfuerzo para reducir el receptor Nogo del receptor tendrá que ser estudiado a fondo a ver para sus otros posibles efectos.

Los resultados están en número del 12 de Marzo de la revista Journal of Neuroscience. Aunque Giger encabezó el proyecto, gran parte de la investigación se hizo en partes iguales por los dos primeros autores, Profesor Asistente de Investigación Hakjoo Lee, Ph.D., y el estudiante graduado Stephen Raiker. Otros autores incluyen al ex estudiante graduado Karthik Venkatesh, Ph.D., ahora en la Universidad de Michigan; ex profesor Hermes Yeh, Ph.D., ahora en Dartmouth; técnico Rebecca Geary; estudiante graduado Laurie Robak, y Zhang Yu, Ph D., ahora un profesor asistente de investigación en el Departamento de Neurocirugía.

El trabajo fue financiado por el Instituto Nacional de Trastornos Neurológicos y Derrame, el New York State Spinal Cord Injury Research Program, y el Dr. Miriam and Sheldon G. Adelson Research Medical Foundation's Adelson Program in Neural Repair and Rehabilitation

Traducido por Rubén Carvajal Santana de:

http://www.sciencedaily.com/releases/2008/03/080318104212.htm

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