Una importante proteína ayuda a traducir el aprendizaje en recuerdos

12/06/2013 - E.P.

Los descubrimientos también ofrecen nueva comprensión de lo que sucede a nivel molecular cuando este proceso se interrumpe

Científicos de los Institutos Gladstone, en San Francisco, California (Estados Unidos), han descifrado cómo una proteína llamada Arc regula la actividad de las neuronas, lo que proporciona pistas muy necesarias en la capacidad del cerebro para formar recuerdos duraderos. Los resultados se publican en la revista Nature Neuroscience.

Dirigido por el investigador Steve Finkbeiner, este estudio se adentró profundamente en el funcionamiento interno de las sinapsis. La mayoría de las sinapsis de nuestro cerebro no se forman durante el desarrollo temprano del cerebro, sino pueden formarse, romperse y fortalecerse a lo largo de la vida. Las sinapsis que son más activas se hacen más fuertes, un proceso que es esencial para la formación de nuevos recuerdos, pero que también es peligroso, ya que puede sobreestimular las neuronas y provocar ataques epilépticos.

Los neurocientíficos han descubierto recientemente un importante mecanismo que utiliza el cerebro para mantener este equilibrio importante: un proceso llamado escala homeostática, que permite a las neuronas individuales fortalecer las nuevas conexiones sinápticas que han permitido formar recuerdos, mientras que al mismo tiempo protege a las neuronas de demasiada excitación. Los investigadores no saben con exactitud cómo lo hacen las neuronas, pero sospechan que la proteína Arc juega un papel clave.

"Los científicos sabían que Arc estaba involucrada en la memoria a largo plazo, ya que modelos experimentales que carecen de la proteína Arc pueden aprender nuevas tareas, pero no recordarlas al día siguiente", explicó el doctor Finkbeiner, también profesor de Neurología y Fisiología en la Universidad de California, San Francisco (UCSF), en Estados Unidos, con la que está afiliado a Gladstone. "Debido a que las observaciones iniciales mostraron que Arc se acumula en las sinapsis durante el aprendizaje, los investigadores pensaron que la presencia de Arc en estas sinapsis estaba conduciendo a la formación de recuerdos de larga duración".

En experimentos de laboratorio, primero en modelos animales y a continuación con mayor detalle in vitro, los científicos hicieron un seguimiento de los movimientos del Arc y descubrieron que cuando las neuronas son estimuladas individualmente durante el aprendizaje, Arc comienza a acumularse en las sinapsis, pero al poco tiempo, la mayoría de Arc consigue llegar al núcleo", dijo Erica Korb, autora principal del estudio que completó su trabajo de graduación en Gladstone y UCSF.

"Una observación más detallada reveló tres regiones dentro de la proteína Arc que dirigen sus movimientos: una exporta Arc de un núcleo, otra lo transporta al núcleo y una tercera lo mantiene allí. La presencia de este sistema complejo y estrechamente regulado es una fuerte evidencia de que este proceso es biológicamente importante", agrega Korb.

De hecho, los experimentos del equipo revelaron que Arc actuó como un regulador maestro de todo el proceso de escalado homeostático. Durante la formación de la memoria, ciertos genes deben activarse y desactivarse en ocasiones muy específicas con el fin de generar las proteínas que ayudan a las neuronas a establecer nuevos recuerdos. Desde el interior del núcleo, los autores encontraron que era Arc quien dirige este proceso que se requiere para que se produzca el escalado homeostático, lo que fortaleció las conexiones sinápticas sin sobreestimulación y, por lo tanto, tradujo el aprendizaje en recuerdos a largo plazo.

"Este descubrimiento es importante no sólo por resolver el papel de Arc en la formación de la memoria a largo plazo, sino también por dar una nueva visión en el proceso de ampliación homeostático en sí, interrupciones implicadas en una gran cantidad de enfermedades neurológicas", explicó el doctor Finkbeiner.

"Por ejemplo, los científicos descubrieron recientemente que Arc se agota en el hipocampo, el centro de memoria del cerebro, en pacientes con enfermedad de Alzheimer. Es posible que las interrupciones en el proceso de ampliación homeostático puedan contribuir a los déficits de memoria y aprendizaje observados en la enfermedad de Alzheimer", señala este experto.
Disfunciones en la producción y el transporte de Arc también puede ser importantes en el autismo.