Por mucho tiempo se ha intentado conocer cómo es que se forman los recuerdos, sin embargo, los investigadores han enfrentado un gran problema: las neuronas son extremadamente sensibles a cualquier tipo de interrupción. Para observar profundamente las neuronas sin dañarlas, los investigadores desarrollaron un modelo de ratón en el que las moléculas “mensajero ARN” ( ARNm ) fueron etiquetadas con colores fluorescentes, éstas codifican la proteína beta-actina, proteína estructural y esencial que se encuentra en grandes cantidades en las neuronas del cerebro, y se considera factor clave en la formación de recuerdos.
Es de destacar que hemos sido capaces de desarrollar este ratón sin tener que utilizar un gen artificial u otras intervenciones que podrían haber alterado las neuronas", señaló Robert Singer en un comunicado, autor principal de las investigaciones, profesor y copresidente del departamento de Anatomía y Biología Estructural y codirector del Centro de Gruss Lipper Biophotonics del Colegio de Medicina Albert Einstein.
En el estudio descrito en dos artículos publicados en Science, los científicos estimularon las neuronas del hipocampo, donde se forman y se almacenan los recuerdos, de un ratón y luego observaron la fluorescencia de las moléculas de ARNm y su viaje dentro de las dendritas. Descubrieron que el ARNm en las neuronas se regula a través de un nuevo procedimiento "enmascaramiento y desenmascaramiento", que permite que la proteína beta- actina sea sintetizada en momentos, lugares y cantidades específicas.
Sabemos que el ARNm beta-actina observado en estos dos documentos era ARN normal. Y unir la proteína verde fluorescente a las moléculas de ARNm no afectó a los ratones, sanos y capaces de reproducirse", explicó el doctor Singer.Las neuronas se unen en las sinapsis, donde las dentritas en forma de espinas de cada neurona se unen entre sí, como cuando entrelazamos los dedos de nuestras manos. La evidencia indica que la estimulación repetida de los nervios aumenta la fuerza de las conexiones sinápticas al cambiar la forma en que se unen estos "dedos” de la dendrita. La proteína beta- actina parece reforzar estas conexiones sinápticas mediante la alteración de la forma de las espinas dendríticas. Se cree que los recuerdos están codificados en forma de conexiones sinápticas estables y duraderas entre las neuronas que están en contacto entre sí.
Uno de los artículos fue escrito gracias al trabajo de Hye Yoon Park, estudiante postdoctoral del Dr. Singer y actualmente profesor en Colegio de Medicina Albert Einstein. Su investigación realizada en roedores con fluorescencia ARNm tómo cerca de tres años.
La Dra. Park estimuló individualmente las neuronas del hipocampo del ratón y observó moléculas de ARNm beta- actina recién formadas entre 10 a 15 minutos. Lo cual indica que la estimulación del nervio había causado una rápida transcripción del gen beta-actina.
Otras observaciones sugirieron que estas moléculas de ARNm beta- actina se agrupan y desagrupan continuamente en partículas grandes y pequeñas. Los investigadores observaron cómo viajan estas partículas a sus destinos a través de las dendritas (lugar donde se sintetiza la proteína beta- actina).
El segundo artículo describe la investigación realizada por Adina Buxbaum, también del laboratorio del Dr. Singer. En él se habla sobre el control que tienen las neuronas en la síntesis de la proteína beta- actina.
Contar con una estructura larga y atenuada significa que las neuronas se enfrentan a un problema de logística. Las moléculas ARNm beta- actina deben viajar a través de la célula, pero las neuronas tienen que controlar su ARNm para que la proteína beta- actina sólo esté presente en la base de las espinas dendríticas", indicó el Dr. Singer.
Por su parte, el análisis realizado por Buxbaum reveló un mecanismo neuronal muy novedoso: se encontró que tan pronto como las moléculas de ARNm beta- actina se forman en el núcleo de las neuronas del hipocampo y viajan hacia el citoplasma, el ARNm se envasan en gránulos volviéndose inservibles para la fabricación de proteínas. Posteriormente, se notó que la estimulación de la neurona causó que estos gránulos se deshicieran, de modo que las moléculas de ARNm se volvieron nuevamente accesibles para la síntesis de la proteína beta- actina.
No obstante, esta cuestión desató la pregunta sobre la activación y desactivación de las neuronas en la creación de la proteína beta-actina.
Buxbaum hizo una notable observación sobre que la disponibilidad de ARNm en las neuronas es un fenómeno transitorio. Ella vio que después de que las moléculas de ARNm generan la proteína beta- actina por unos pocos minutos, de repente se vuelven a juntar para empaquetarse y una vez más, se vuelven invisibles. En otras palabras , la condición predeterminada de ARNm en las neuronas es un tipo de envasado inaccesible", aseguró Singer.Estos hallazgos sugieren que las neuronas han desarrollado una ingeniosa estrategia para controlar el trabajo de las proteínas encargadas en la memoria.
Esta idea de que las neuronas activan y desactivan selectivamente la síntesis de proteínas encaja perfectamente con nuestra forma de pensar acerca de la formación de recuerdos. La estimulación frecuente de la neurona ARNm crearía frecuentes estallidos, causando una acumulación de la proteína beta-actina precisamente donde más se necesita para fortalecer la sinapsis", afirmó el doctor Singer.Para obtener una mayor y mejor comprensión de la memoria, el Dr. Singer y sus colegas está desarrollando tecnologías para la obtención de imágenes de neuronas intactas de ratones. Debido a que el hipocampo se encuentra alojado profundamente dentro del cerebro, los científicos esperan desarrollar proteínas fluorescentes- infrarrojas que emitan luz y sean observadas a través de los tejidos. No obstante, otra posibilidad es el uso de un dispositivo de fibra óptica que se puede insertar en el cerebro para observar las neuronas del hipocampo encargadas de la memoria.
