Cómo los astrocitos y las redes perineuronales cooperan para mantener la homeostasis sináptica

Las sinapsis son pequeños espacios entre neuronas a través de los cuales se transmiten señales. Esta transmisión de señales es lo que permite que las neuronas se comuniquen y, en última instancia, produzcan procesos internos complejos, como pensamientos y sentimientos, así como acciones y comportamientos.

La pérdida o el deterioro de las sinapsis suele ir acompañado de una disminución de la función cerebral y de deficiencias cognitivas, como las observadas en pacientes con diagnóstico de enfermedad de Alzheimer, enfermedad de Parkinson y otros trastornos neurodegenerativos. Por tanto, una mejor comprensión de los procesos neuronales que garantizan la estabilidad y la función de las sinapsis podría orientar el desarrollo de intervenciones terapéuticas más eficaces para estos trastornos.

Recientemente, investigadores de la Facultad de Medicina de la Universidad de Virginia realizaron un estudio en el que se investigó el papel combinado de los astrocitos, una clase de células gliales con muchas funciones neuroprotectoras conocidas, y las redes perineuronales (PNN), estructuras que forman una capa alrededor de algunas neuronas, en la regulación de la actividad sináptica a lo largo del tiempo. Sus hallazgos, publicado en Neurociencia de la naturalezamuestran que los astrocitos y las PPN cooperan para mantener la homeostasis sináptica en el cerebro del ratón.

«Mi laboratorio ha estado estudiando las células de soporte cerebral llamadas astrocitos durante los últimos 30 años», dijo a MedicalXpress Harald Sontheimer, autor principal del artículo y profesor distinguido de Harrison en la Universidad de Virginia. «Los astrocitos cumplen muchas funciones en el cerebro, pero una de las más importantes es la eliminación del neurotransmisor glutamato».

El glutamato es el principal neurotransmisor que utilizan las células nerviosas del cerebro para comunicarse entre sí. Estudios neurocientíficos anteriores demostraron que los astrocitos rodean las sinapsis, lo que garantiza que el glutamato permanezca en cada sinapsis, sin derramarse sobre las sinapsis cercanas.

«Hace más de 125 años, Camillo Golgi descubrió una estructura en forma de red de moléculas extracelulares que cubre la superficie de algunas neuronas», dijo Sontheimer. «Llamó a estas estructuras redes perineuronales (PNN), aunque él y muchos científicos desde entonces no han podido averiguar qué hacen estas estructuras. En la década de 1970, se descubrió que son importantes para el desarrollo del cerebro porque garantizan que ciertas sinapsis entre células del sistema sensorial permanezcan en su lugar una vez que se forman».

Estudios anteriores habían concluido que las PNN desempeñan un papel clave en la estabilización de las sinapsis a lo largo del tiempo, pero no habían examinado su posible vínculo con la actividad de los astrocitos. Dado su interés en los astrocitos y su papel en la regulación de las sinapsis, Sontheimer y sus colegas se propusieron investigar si los astrocitos están relacionados con las PNN y, específicamente, si también son estabilizados por estas estructuras.

«En el cerebro sano, las PNN se renuevan constantemente», explica Sontheimer. «En otras palabras, las neuronas las sintetizan y las enzimas producidas por las neuronas y las células de soporte las degradan. Las PNN también son degradadas por una enzima bacteriana llamada condroitinasa ABC. En nuestros primeros experimentos, tomamos esta enzima y la inyectamos en el cerebro de ratones, y en 40 minutos las PNN desaparecieron».

Al degradar las PNN utilizando la enzima Condroitinasa ABC, los investigadores pudieron observar cómo el daño a estas estructuras impactaba las sinapsis y los astrocitos. Curiosamente, encontraron que las sinapsis permanecían en su lugar, mientras que los astrocitos extendían sus procesos, cubriendo toda la membrana que quedaba al descubierto después de la eliminación de las PNN.

«Estos experimentos también nos permitieron estudiar qué sucede funcionalmente en dichas sinapsis después de eliminar las PNN», explicó Sontheimer. «Para nuestra sorpresa, descubrimos que el glutamato se derramaba de ellas y activaba receptores lejanos, comprometiendo así la señalización entre las células nerviosas adyacentes».

Sontheimer y sus colegas observaron que, una vez que las PNN se habían degradado, los ratones adultos comenzaron a sufrir ataques epilépticos. Esto sugiere que las estructuras en forma de red actúan como contenedores que impiden la dispersión del glutamato desde las sinapsis, garantizando así que los astrocitos eliminen el neurotransmisor antes de que pueda activar las células nerviosas vecinas.

«Nuestros hallazgos sugieren que la función de las sinapsis puede verse afectada por las enzimas que se liberan en conjunción con la inflamación y la enfermedad tisular», dijo Sontheimer. «Mostramos que en un modelo de ratón de la enfermedad de Alzheimer y en la epilepsia, las enzimas liberadas descomponen las PNN y alteran la señalización neuronal, llegando incluso a causar convulsiones».

Los resultados obtenidos por este equipo de investigadores ofrecen nuevos conocimientos valiosos sobre las contribuciones únicas de las neuronas neuronales periféricas y los astrocitos a la homeostasis sináptica. Además de inspirar estudios adicionales centrados en los procesos neuronales descubiertos, podrían allanar el camino para el desarrollo de nuevas intervenciones terapéuticas, como inhibidores enzimáticos que eviten la degradación de las neuronas neuronales periféricas en pacientes con diagnóstico de Alzheimer o epilepsia.

«Ahora estamos tratando de entender cómo se produce la pérdida de PNN a nivel celular, así como cómo y cuándo es mejor prevenirla», añadió Sontheimer.

© 2024 Red Science X