Una de las propiedades más interesantes del cerebro de los mamíferos es su capacidad de cambiar en respuesta a la experiencia. Esta propiedad, denominada plasticidad, está involucrada en el refinamiento de las conexiones sinápticas durante el desarrollo y en procesos de aprendizaje y memoria en el adulto. Así, investigar las diferentes formas de plasticidad cerebral y sus mecanismos es una cuestión fundamental en la neurociencia actual, pues puede tener implicaciones para el desarrollo de nuevas estrategias terapéuticas para tratar trastornos neurológicos y mejorar la comprensión del aprendizaje y la memoria.

De izquierda a derecha, los investigadores Heriberto Coatl Cuaya, Antonio Rodríguez-Moreno e Irene Martínez Gallego.

En esta línea, personal investigador del Laboratorio de Neurociencia Celular de la Universidad Pablo de Olavide, dirigido por el catedrático de Fisiología Antonio Rodríguez-Moreno, ha descubierto dos nuevas formas de plasticidad sináptica y los mecanismos implicados en las mismas. Así, han descubierto que la actividad de los astrocitos (células multifuncionales y esenciales para el funcionamiento y la salud del sistema nervioso central) es fundamental para la existencia de ambas formas de plasticidad cerebral, descubiertas en las sinapsis establecidas entre la corteza entorrinal y el hipocampo. Los resultados del estudio han sido publicados en la revista eLife.

Las formas de plasticidad mejor conocidas son las denominadas depresión de larga duración (LTD) – proceso por el cual la fuerza de las conexiones sinápticas se reduce- y potenciación de larga duración (LTP) – proceso por el cual la fuerza de las conexiones sinápticas se incrementa-. La LTD y la LTP tienen funciones importantes, como eliminar conexiones innecesarias y ajustar la eficiencia de la red neuronal, y pueden ser fundamentales para el aprendizaje y la formación de recuerdos.

Por otro lado, la denominada ‘spike timing-dependent plasticity’ es probablemente el mecanismo sináptico que ocurre de forma natural en el cerebro durante el desarrollo y durante procesos de aprendizaje y memoria.

Astrocitos, esenciales en la modulación de las conexiones sinápticas

La corteza entorrinal conecta con el hipocampo al que envía diferentes tipos de información (información espacial, límbica y sensorial desde otras áreas corticales). Esta información es procesada en el hipocampo primero en el giro dentado. La información que va desde la corteza entorrinal al hipocampo participa en la codificación de la memoria y cuando no se hace de forma adecuada se puede producir epilepsia y enfermedad de Alzheimer.

Esquema del mecanismo de acción de las t-LTD descubiertas en las sinapsis establecidas entre las neuronas de la corteza entorrinal y las células del giro dentado del hipocampo.

Los investigadores del Laboratorio de Neurociencia Celular y Plasticidad de la UPO han descubierto dos formas distintas de spike timing-dependent LTD en los contactos sinápticos establecidos entre las células de la corteza entorrinal de las vías lateral y medial y las células granulares del giro dentado del hipocampo. De esta manera, han descubierto que en ambas vías se observa depresión de larga duración (LTD) y se han caracterizado los mecanismos celulares y moleculares involucrados en las mismas. “De forma interesante, ambas formas de LTD tienen en común que requieren la activación de los astrocitos por endocannabinoides y que estos astrocitos liberen glutamato para poder inducirse y ocurrir. Al mismo tiempo difieren de forma clara en otros aspectos de sus mecanismos, requiriendo receptores de tipo NMDA la LTD de la vía medial con el giro dentado, pero no así la LTD de la vía lateral”, explica el investigador de la UPO Antonio Rodríguez-Moreno.

Dado que la LTD se conoce que es responsable de los procesos de poda sináptica que ocurren durante el desarrollo y, en algunos casos, de procesos de aprendizaje y memoria, conocer los tipos de LTD que existen en el cerebro y sus mecanismos es fundamental para entender cómo se produce de forma correcta la formación y desarrollo del cerebro y cómo se producen los procesos de aprendizaje y memoria.

Aplicaciones terapéuticas

Estudiar los mecanismos de los procesos de plasticidad cerebral y en concreto de las distintas formas de LTD existentes es importante para entender y determinar las respuestas del cerebro a las experiencias y a las lesiones, lo que puede tener implicaciones importantes en la recuperación de lesiones del sistema nervioso, recuperación sensorial (rehabilitación) y para el entendimiento y tratamiento de distintos tipos de enfermedades.

“La enfermedad de Alzheimer parece comenzar en el cerebro justo en las sinapsis estudiadas en esta investigación, cuando no funcionan de forma correcta; y formas de LTD observadas en animales modelos de la enfermedad de Alzheimer han sido propuestas como uno de los mecanismos involucrados en la misma”, concluye Rodríguez-Moreno.

Referencia:

Coatl-Cuaya, H., Martínez-Gallego, I., Rodríguez-Moreno, A. (2024). ‘Astrocytes mediate two forms of spike timing-dependent depression at entorhinal cortex-hippocampal synapses’. eLife, 5 Jun 2024.