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Neurociencia en flashes Junio 2012 Ya se trate de aprender algo nuevo o decidir en qué dirección movernos, las tareas que nuestro cerebro realiza dependen de que los neurotransmisores, las sustancias químicas que transmiten los mensajes entre las neuronas, se liberen de manera correcta y eficaz. Las investigaciones han desvelado los misterios moleculares y celulares de este complejo proceso, descubrimientos que algún día quizá puedan ayudar a curar algunas de las enfermedades más graves y letales del sistema nervioso. Neurotransmisores: el lenguaje químico de las neuronas Cada milisegundo de todos y cada uno de los días, el cerebro es testigo de una extraordinaria serie de acontecimientos: miles de millones de células cerebrales o neuronas se transmiten señales entre sí. Y lo hacen a través de unas uniones, denominadas sinapsis, que se cuentan por billones. Se trata de un proceso increíblemente rápido y eficaz, que es primordial para todo lo que el cerebro hace, ya sea aprender, memorizar, planificar, razonar o hacer posible el movimiento. Si se malogra aunque solo sea una parte de este proceso, los resultados pueden ser devastadores. Muchas enfermedades mentales y neurológicas como el autismo, la esquizofrenia, la enfermedad de Alzheimer, la epilepsia e incluso el botulismo, se relacionan con problemas de la sinapsis. Los avances en el campo de la Biología Molecular de las células han permitido a los neurocientíficos reconstruir los detalles de lo que ocurre en las sinapsis. Se han descubierto diversas moléculas con funciones especiales para asegurar que tenga lugar la liberación de los neurotransmisores, las sustancias químicas que llevan los mensajes de una neurona a otra. La apasionante investigación en este campo nos está permitiendo: Entender mejor cuáles son los procesos celulares implicados en la comunicación interneuronal. Conocer qué fallos de la liberación de los neurotransmisores podrían contribuir a las enfermedades y trastornos neurológicos. Cada sinapsis está formada por los extremos finales de dos neuronas separados por una pequeñísima hendidura (tan pequeña que se mide en nanómetros, o milmillonésimas de metro). Cuando la primera neurona recibe nueva información, genera un impulso eléctrico que desencadena la liberación de neurotransmisores. Los neurotransmisores atraviesan entonces el espacio de separación hasta alcanzar la segunda neurona, donde se unen a unas moléculas especiales denominadas receptores, uno para cada tipo de neurotransmisor. Todo esto sucede con una precisión increíble, y el proceso se repite una y otra vez a medida que la señal se transmite de neurona a neurona a una velocidad de vértigo. El modo en que las neuronas liberan neurotransmisores ha sido objeto de numerosas investigaciones. Los científicos descubrieron que los neurotransmisores se almacenan en unos pequeños compartimentos o vesículas parecidas a burbujas. Por lo general, cada vesícula contiene un único tipo de neurotransmisor, como por ejemplo dopamina, un neurotransmisor relacionado con la memoria y otras capacidades cognitivas, o serotonina, que contribuye a regular el estado de ánimo. Las vesículas se desplazan como si fueran pequeños transbordadores hasta el extremo de la neurona, donde atracan a la espera de ser liberadas. Llegado el momento en que la neurona tiene que liberar los neurotransmisores, las vesículas se fusionan con la membrana y descargan su contenido en la hendidura sináptica. Este delicado proceso de fusión, similar a la unión de dos pompas de jabón para formar una sola, es extraordinariamente complejo y requiere el concurso de numerosas moléculas especializadas y distintas del interior de la neurona. Tras liberar el neurotransmisor, la neurona recicla las vesículas vacías y las reutiliza varias veces más antes de tener que reemplazarlas. Si alguna parte de este proceso fracasa, por ejemplo, una molécula no desempeña correctamente su función o las vesículas liberan los neurotransmisores a una velocidad errónea, pueden surgir graves problemas. Así por ejemplo, se ha descubierto que las toxinas botulínicas, un grupo de toxinas bacterianas responsables de la intoxicación alimentaria, a menudo mortal, conocida como botulismo, atacan a proteínas importantes para la liberación de los neurotransmisores. La toxina botulínica corta estas proteínas en dos e impide que participen en la liberación de los neurotransmisores de las vesículas, lo que produce una parálisis. Pese PARA SABER MÁS: Hu C, Ahmed M, Melia TJ, Sollner TH, Mayer T, Rothman JE. (2003) Fusion of cells by flipped SNAREs. Science. 300:1745-1749. Reinhard J, Scheller RH. (2006) SNAREs — engines for membrane fusion. Nature Reviews Molecular and Cellular Biology. 7:631-643. Südhof TC. (2004) The synaptic vesicle cycle. Annual Review of Neuroscience. 27:509-547. Südhof TC, Rothman JE. (2009) Membrane fusion: grappling with Pie de imagen o gráfico. SNARE and SM proteins. Science. 323:474-477. a ello, hoy en día los médicos emplean la toxina botulínica para paralizar músculos intencionadamente con el fin de aliviar los espasmos musculares dolorosos producidos por un trastorno neurológico llamado distonía. Los problemas de liberación de neurotransmisores también pueden ser parcialmente responsables de ciertos trastornos psiquiátricos. Se ha descubierto, por ejemplo, que en los ratones modificados genéticamente para que carezcan de una determinada proteína sináptica –una pro-teína que también escasea en el cerebro de las personas que padecen esquizofrenia– los neurotransmisores tardan más tiempo en liberarse. Al identificar estos fallos de la libe- ración de neurotransmisores, los científicos esperan desarrollar tratamientos que quizá algún día consigan revertir los síntomas de estos y otros demoledores trastornos neurológicos. Por sus implicaciones para comprender el funcionamiento y la salud del cerebro, el funcionamiento de la sinapsis es un área de investigación muy intensa y activa. Las nuevas herramientas y avances técnicos en el campo de la Física, la Bioquímica y la Biología Celular y Molecular han permitido analizar por primera vez está actividad. Mientras tanto, el estudio de la liberación de neurotransmisores continúa desvelando los misterios de la salud y la enfermedad en lo que al cerebro se refiere. © Sociedad Española de Neurociencia Traducido del original al español por el Dr Imanol Martínez-Padrón para la Sociedad Española de Neurociencia. El traductor asume la responsabilidad por la exactitud de la traducción. La Society for Neuroscience no se hace responsable de errores de traducción. Se recomienda a los lectores acceder a la publicación original en http://www.sfn.org. Las sustancias químicas del cerebro, denominadas neurotransmisores, se empaquetan en unos compartimentos a modo de diminutas burbujas conocidos como vesículas. Las imágenes microscópicas muestran a las vesículas dispuestas en el extremo de una neurona listas para cruzar el pequeño espacio o hendidura que las separa de otra neurona. Por cortesía y con el permiso de Ferenc Deák, et al., The Journal of Neuroscience 2009, 29(27): 8639-8648. © Society for Neuroscience. Translated from the original into Spanish by Dr. Imanol Martínez-Padrón on behalf of Spanish Society for Neuroscience. The translator assumes responsibility for the accuracy of the translation. The Society for Neuroscience is not responsible for translation errors. Readers are encouraged to access the original publication at http://www.sfn.org.