Los investigadores utilizan la ingeniería genética para investigar los mecanismos implicados en los trastornos psiquiátricos
por Luciana Constantino | Agência FAPESP –
Utilizando herramientas de ingeniería genética, los investigadores crearon un virus capaz de ingresar a neuronas específicas e insertar un nuevo código genético en la corteza prefrontal que induce la producción de proteínas modificadas. En pruebas con ratones, la alteración de estas proteínas demostró ser suficiente para modificar la actividad cerebral, lo que indica un biomarcador potencial para el diagnóstico de trastornos psiquiátricos, como la esquizofrenia y el autismo.
Conocida como el «cerebro ejecutivo», la corteza prefrontal es la región que gestiona las acciones cognitivas y participa en la toma de decisiones humanas. Estudios previos llevados a cabo en tejidos de esta región cerebral de pacientes con esquizofrenia ya han encontrado cambios, principalmente, en dos proteínas: BDNF (factor neurotrófico derivado del cerebro) y trkB (tropomiosina quinasa B).
La relación entre BDNF y trkB es importante durante la etapa de desarrollo del cerebro. Cuando una de estas proteínas se une a la otra, comienza una cascada de señalización intracelular esencial para la maduración y el crecimiento neuronal. Los desequilibrios en este tipo de señalización pueden estar asociados a la manifestación de algunos trastornos.
Ahora, un grupo de investigadores de la Universidad Federal de Minas Gerais (UFMG), la Universidad de São Paulo (USP), en el campus de Ribeirão Preto, y el Instituto Karolinska de Estocolmo, crearon un virus que puede portar el código genético para producir una forma mutante de trkB. Con esta modificación de la proteína, cuando se une al BDNF, se bloquea el inicio de la cascada de señalización intracelular, reproduciendo así características observadas en tejidos cerebrales de pacientes diagnosticados de esquizofrenia.
En la investigación, realizada con el apoyo de la FAPESP y la Coordinación de Perfeccionamiento del Personal de Educación Superior (Capes), el grupo actuó sobre un tipo de neurona: las interneuronas inhibitorias que expresan parvalbúmina (PV). Actúan como “conductores” en el cerebro, es decir, organizan las actividades excitadoras e inhibitorias en la corteza, generando ritmos de alta frecuencia (oscilaciones gamma, entre 30 y 80 hercios). Si hay disfunción de las interneuronas PV, el procesamiento entre la información generada por la región cortical del cerebro y el comportamiento cognitivo se ve afectado. Los pacientes con trastornos psiquiátricos tienen cambios en estas oscilaciones, posiblemente relacionados con la integridad de las interneuronas de PV.
Considerado una máquina compleja, el cerebro humano tiene grupos de neuronas e interneuronas que se comunican a través de corrientes eléctricas. Activan e inhiben otras neuronas a tu alrededor, así como circuitos en áreas distantes del cerebro. La actividad organizada de estos diferentes circuitos da lugar a conciencia, sentimientos y comportamientos.
“Utilizando una nueva estrategia viral para la expresión de trkB negativo dominante (trkB.DN) en un tipo celular específico y espacialmente restringido, hemos demostrado que la señalización de BDNF / trkB es esencial para la integridad y el mantenimiento de las interneuronas prefrontales de PV en ratones adultos, ”Escriben los autores en el artículo publicado en febrero por la revista científica The Journal of Neuroscience .
El estudio se realizó con la introducción del virus en el tejido cerebral de ratones transgénicos adultos, utilizando la tecnología de recombinación Cre-Lox, una técnica de ingeniería genética que permite insertar o eliminar secuencias diana en el ADN. Luego, el grupo registró actividad eléctrica en la corteza prefrontal de los ratones.
Se encontraron cambios en el equilibrio de las actividades excitadoras e inhibidoras, así como cambios en las ondas cerebrales y la actividad neuronal, lo que resultó en un comportamiento más agresivo y ansioso en los animales.
La profesora del Instituto de Ciencias Biológicas de la UFMG Cleiton Lopes Aguiar , una de las coordinadoras del estudio junto a la profesora Marie Carlén, del Instituto Karolinska, explica que, mediante esta técnica, fue posible manipular circuitos específicos de la corteza en un forma innovadora.
“Los resultados indican que la manipulación de BDNF / trkB en adultos es capaz de alterar no solo la actividad cerebral, sino también comportamientos complejos que dependen de la corteza prefrontal. Esto demuestra que la señalización BDNF / trkB es necesaria tanto en el proceso de desarrollo como para el mantenimiento de redes neuronales maduras ”, dice Aguiar.
Uno de los coautores de la investigación, Leonardo Rakauskas Zacharias, del Laboratorio de Investigación en Epilepsia, de la Facultad de Medicina de Ribeirão Preto (FMRP-USP), destaca que esta nueva técnica permite el estudio del cerebro ya desarrollado, luego de ser un adulto.
El papel de las interneuronas
En el mismo número de The Journal of Neuroscience , el grupo publicó otro artículo que trata sobre la sincronía de las interneuronas inhibidoras que expresan parvalbúmina.
“Las oscilaciones cerebrales son fundamentales para la coordinación de la actividad entre neuronas y estructuras. Las oscilaciones gamma [30-80 Hz] han recibido especial atención por su asociación con los procesos cognitivos y de percepción. (…) Mostramos cómo la inhibición deficiente de PV puede conducir a viajes excitadores aumentados y asincrónicos, contaminando los registros de los potenciales de campo locales y manifestándose como un aumento de la potencia gamma. Por lo tanto, el aumento de la potencia gamma no siempre refleja un ritmo oscilatorio genuino ”, escriben los autores.
Según Nicolás Gustavo Guyon, uno de los investigadores del grupo vinculado al Instituto Karolinska, al estudiar las oscilaciones, detectaron que las interneuronas inhibidoras en los ratones modificados genéticamente no son capaces de responder a todos los estímulos excitadores generados por otras neuronas, lo que conduce a una actividad desincronizada.
Para Aguiar, lo que une los dos artículos es el intento de desvelar el papel de los «conductores» (interneuronas) en la corteza prefrontal y comprender cómo el cerebro organiza el equilibrio entre excitación e inhibición. “Estamos tratando de comprender el cerebro normal para llegar a una mejor comprensión de los trastornos psiquiátricos, como la esquizofrenia. Mostramos que, si hay cambios en algunos aspectos específicos en estos animales normales, estos presentan síntomas que pueden ser pistas iniciales para dilucidar los trastornos ”, dice.
Según un informe de la Organización Panamericana de la Salud (OPS), aunque los trastornos son responsables de más de un tercio del total de discapacidades en las Américas, las inversiones en programas de salud mental aún están por debajo de lo necesario. En estos datos se incluyen casos de trastornos mentales y depresivos, incluidas la demencia y la esquizofrenia, que afectan a alrededor de 23 millones de personas en todo el mundo, de los cuales 1,5 millones son brasileños.
Zacharias señala que el trabajo del grupo, fruto de más de siete años de investigación, puede contribuir en el futuro al desarrollo de potenciales tratamientos. “Trabajamos con la ciencia básica para comprender los mecanismos del cerebro. Esto sirve como un pilar para comprender los trastornos psiquiátricos ”, dice el investigador de la USP.
El artículo Señalización trkB adulta en interneuronas de parvalbúmina es esencial para la dinámica de la red prefrontal se puede leer en: www.jneurosci.org/content/early/2021/02/10/JNEUROSCI.1848-20.2021 . Y el estudio de asincronía de red subyacente al aumento de potencia gamma de banda ancha está disponible en: www.jneurosci.org/content/early/2021/02/10/JNEUROSCI.2250-20.2021 .
