En un estudio innovador publicado recientemente en la prestigiosa revista Cell Reports, los científicos han descubierto el mecanismo molecular que permite a los receptores de kainato no solo actuar como receptores sinápticos, sino también como andamios que sostienen la estructura de las conexiones entre las neuronas en el cerebelo. Esta investigación abre la puerta al diseño de nuevos conectores sinápticos y da lugar a posibles vías para futuras aplicaciones terapéuticas.
Las sinapsis son puntos de conexión esenciales entre las neuronas que permiten la transmisión de información a través de impulsos nerviosos. Para que esta comunicación ocurra, una neurona llamada presináptica libera un neurotransmisor que es recibido por la neurona postsináptica. El equipo de investigación dirigido por el Juan Lerma, del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) en el Instituto de Neurociencias (IN), ha centrado gran parte de sus esfuerzos en entender el papel de los receptores de glutamato, un neurotransmisor clave en la comunicación neuronal, y en particular, los receptores de kainato.
El laboratorio de Lerma ha hecho importantes avances en la comprensión del papel de las proteínas de los receptores de kainato en la comunicación sináptica. Cuando esta comunicación se ve alterada, puede dar lugar a múltiples trastornos neurológicos y neuropsiquiátricos.
El equipo de investigación previamente identificó el papel que puede desempeñar la proteína GluK4, una de las cinco subunidades que componen los receptores de kainato, en condiciones como el autismo, la depresión y la ansiedad. También mostraron que la proteína GluK1 está triplicada en pacientes con Síndrome de Down, y estos niveles descompensados son responsables de los déficits de memoria espacial en estos pacientes.
Por otro lado, el laboratorio dirigido por Michisuke Yuzaki, en la Universidad de Keio en Tokio, ha estudiado cómo funcionan las sinapsis en el cerebelo. Descubrieron que en esta región del cerebro, las proteínas C1ql1 y Gai3 interactúan para facilitar la formación de sinapsis.
Sin embargo, este nuevo estudio cambia esta idea al demostrar que sin la interacción de estas proteínas con los receptores de kainato, las sinapsis no se formarían. La colaboración entre ambos laboratorios ha permitido combinar su experiencia y conocimientos para redefinir completamente la manera en que las sinapsis se forman en el cerebelo.
Los expertos confirmaron que la presencia de GluK4, que es expresada por las neuronas de Purkinje cerebelares, es esencial para la interacción que sustenta la transmisión sináptica entre las fibras trepadoras y estas neuronas. Para confirmar esto, los investigadores utilizaron modelos de ratón en los que manipularon genéticamente la expresión de estas proteínas.
Los resultados de los experimentos, llevados a cabo tanto en el laboratorio de Lerma en Alicante como en el de Yuzaki en Tokio, muestran que en el cerebelo, la plasticidad sináptica, necesaria para el aprendizaje motor, se ve seriamente afectada cuando se suprime cualquiera de estos receptores de kainato, siendo ambos necesarios para la formación de sinapsis.
La plasticidad sináptica es la capacidad de nuestro cerebro para formar y modular estas conexiones en función de sus necesidades. Cuando esta plasticidad falla en el cerebelo, se producen serios problemas de aprendizaje motor. «En el laboratorio hemos comprobado que cuando el número de sinapsis se reduce, los ratones no son capaces de aprender comportamientos motores», señala Wataru Kakegawa, coautor principal del estudio.
La investigación también indica que los conectores sinápticos sintéticos basados en la estructura de proteínas análogas podrían ser viables para la restauración de sinapsis dañadas en modelos de ratón de la enfermedad de Alzheimer y lesiones espinales, ofreciendo nuevas vías de estudio para futuras aplicaciones terapéuticas.
Este estudio ha sido posible gracias a la financiación del Ministerio de Educación, Cultura, Deportes, Ciencia y Tecnología de Japón (MEXT); la Agencia Japonesa de Ciencia y Tecnología (JST); la Agencia Estatal de Investigación – Ministerio Español de Ciencia, Innovación y Universidades; y el programa PROMETEO de la Generalitat Valenciana.
Artículo de referencia:
Kakegawa, W., Paternain, A.V., Matsuda, K., Aller, M.I., Iida, I., Miura, E., Kazuya Nozawa, K., Yamasaki,T., Sakimura, K., Yuzaki, M. and Lerma, J.(2024). Kainate receptors regulate synaptic integrity and plasticity by forming a complex with synaptic organizers in the cerebellum. Cell Reports. DOI: 10.1016/j.celrep.2024.114427.
Fuente: Instituto de Neurociencias CSIC-UMH.
