La repetición puede ser útil si estás intentando memorizar un poema, dominar un riff de guitarra o simplemente cultivar buenos hábitos. Sin embargo, cuando este tipo de comportamiento se vuelve compulsivo, puede interferir con la vida normal, un impedimento que a veces se observa en enfermedades psiquiátricas como el síndrome de Tourette y los trastornos del espectro autista. Ahora, los científicos de Rockefeller han identificado un circuito cerebral que subyace a la repetición en los gusanos, un hallazgo que en última instancia puede arrojar luz sobre un comportamiento similar en los humanos.

Estudiando el gusano redondo microscópico C. elegans, los investigadores encontraron que los defectos en una proteína hacen que los animales se reorienten una y otra vez. Descrito en Comunicaciones de la naturaleza, estas observaciones se ven reforzadas por investigaciones previas en ratones y sugieren que mecanismos similares pueden conducir a un comportamiento repetitivo en una variedad de animales, incluidos los humanos.

Limpieza química

Los científicos inicialmente se propusieron comprender cómo los astrocitos, células en forma de estrella que se encuentran en el cerebro de los mamíferos, ayudan a las neuronas a hacer su trabajo. Se piensa que los astrocitos son responsables, entre otras cosas, de eliminar el exceso de neuroquímicos en las sinapsis, las conexiones entre las neuronas. Esta tarea es vital porque si los productos químicos no se eliminan de manera oportuna, pueden estimular las neuronas de manera inesperada, interrumpiendo la función cerebral normal. Para comprender mejor este proceso, Menachem Katz, investigador asociado en el laboratorio de Shai Shaham, buscó C. elegans Células gliales CEPsh, de los cuales sospechaba ser los gusanos equivalentes de los astrocitos.

Confirmando esta sospecha, Katz, Shaham y sus colegas utilizaron la secuenciación de ARNm para mostrar que los astrocitos de ratón y la glía CEPsh tienen firmas genéticas similares. Entre otros puntos en común, ambos tipos de células producen la proteína GLT-1, cuya versión en mamíferos es responsable de eliminar el glutamato químico de las sinapsis. Este hallazgo, dice Shaham, brindó a los investigadores una oportunidad única para definir cómo funcionan los astrocitos y el GLT-1.

"Los científicos han estado tratando de entender las funciones de los astrocitos durante muchos años, y en los mamíferos no es fácil porque estas células son esenciales para mantener vivas las neuronas", dice. "Pero en C. elegans solo hay cuatro células gliales CEPsh, y no son necesarias para la supervivencia de las neuronas. Esto nos permitió investigar los roles específicos de los transportadores de glutamato, sin preocuparnos por los efectos secundarios de la enfermedad neuronal ".

Para ello, los investigadores crearon. C. elegans A falta de GLT-1. Sorprendentemente, este agotamiento no dio lugar a la acumulación de glutamato en las sinapsis, como se esperaba. En cambio, los gusanos exhibieron oscilaciones en los niveles de glutamato sináptico y un defecto de comportamiento peculiar.

"Estos animales cambiaron de dirección a un ritmo descabellado. Siguieron avanzando y retrocediendo, avanzando y retrocediendo", dice Shaham, el profesor de familia Richard E. Salomon. "Y cuando analizamos este comportamiento, descubrimos que lo hicieron en un patrón realmente interesante".

Girar

Es perfectamente normal para C. elegans para cambiar de curso de vez en cuando. Normalmente, el gusano se reorienta alrededor de una vez cada 90 segundos. Pero los gusanos que carecen de GLT-1, Los investigadores encontraron que tomaron esta acción al extremo: a intervalos de 90 segundos, los animales no ejecutaron una sola reversión, sino ráfagas de ellos. "Es como si una vez que comenzaran la acción, no pudieran dejar de repetirla", dice Katz.

Otros experimentos revelaron que la eliminación del receptor de glutamato MGL-2 bloqueaba tanto las inversiones repetitivas como las oscilaciones sinápticas de glutamato. Los investigadores concluyeron que cuando el glutamato no se elimina de manera eficiente, el químico estimula el MGL-2, lo que a su vez provoca la liberación de aún más glutamato. Este proceso luego se repite en un bucle; y cada vez que se libera glutamato, se activa la neurona responsable de iniciar las reversiones.

"Estos hallazgos sugieren un modelo simple de cómo puede ocurrir la repetición en los gusanos", dice Katz. "Y, resulta que este modelo puede resistir sistemas nerviosos más complejos".

De hecho, experimentos anteriores han demostrado que las mutaciones de GLT-1 causan un aseo repetitivo en ratones, y que los compuestos que bloquean la versión de ratón de MGL-2 eliminan comportamientos similares en otros contextos. Tomados en conjunto con los nuevos hallazgos en C. elegans, esta investigación sugiere que la secreción anormal de glutamato puede ser la base de comportamientos repetitivos en todo el reino animal, lo que aumenta la posibilidad de que puedan ser relevantes para comprender la repetición patológica en humanos.

De acuerdo con esta idea, los estudios de genética humana han encontrado mutaciones asociadas con la señalización de glutamato en pacientes con trastorno obsesivo compulsivo y trastornos del espectro autista, los cuales pueden ir acompañados de un comportamiento repetitivo.

"Estábamos realmente emocionados de ver estos enlaces en la literatura científica porque significa que nuestros hallazgos pueden ayudar a descubrir un mecanismo plausible que subyace a una clase importante de enfermedades humanas", dice Shaham. "Y, más ampliamente, estamos mostrando que los genes candidatos afectados en enfermedades humanas pueden estudiarse y verificarse en el gusano más simple".

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