El Instituto de Neurociencias (IN), un centro mixto del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y la Universidad Miguel Hernández (UMH) de Elche, en colaboración con la Universidad de Keio en Tokio (Japón), ha revelado el papel crucial de uno de los receptores del neurotransmisor glutamato en el funcionamiento de las sinapsis del cerebelo. Según el trabajo publicado en la revista Cell Reports, los receptores de kainato no solo actúan como receptores sinápticos, sino también como ‘andamios’ que soportan la estructura de las conexiones entre neuronas. Estos hallazgos permiten diseñar nuevos conectores sinápticos usando combinaciones específicas de subunidades de los receptores de kainato, y abren prometedoras vías para futuras aplicaciones terapéuticas.
Sinapsis en el Cerebelo
Las sinapsis son los puntos de conexión entre neuronas que permiten la transmisión de información a través de impulsos nerviosos. Para que esta comunicación ocurra, la neurona presináptica libera un neurotransmisor que es recibido por la neurona postsináptica. El laboratorio de Fisiología Sináptica, dirigido por Juan Lerma, investigador del CSIC en el IN, ha investigado extensamente los receptores de glutamato, un neurotransmisor clave en distintos procesos del sistema nervioso central, y particularmente los de kainato, una de las tres familias de receptores de glutamato que median la comunicación entre las neuronas.
“Durante muchos años, hemos intentado averiguar cuál es la función de los receptores de kainato en la fisiología sináptica y en las patologías del cerebro”
Juan Lerma, investigador del CSIC
“Durante muchos años, hemos intentado averiguar cuál es la función de los receptores de kainato en la fisiología sináptica y en las patologías del cerebro”, apunta el investigador Juan Lerma. La investigación de su equipo ha permitido avanzar significativamente en la comprensión del papel de estas proteínas en la comunicación sináptica, que cuando es disfuncional, puede generar múltiples trastornos neurológicos y neuropsiquiátricos.
Receptores de Kainato
El equipo del IN había identificado previamente el papel de la proteína GluK4, una de las cinco subunidades que forman los receptores de kainato, en varias patologías como el autismo, la depresión y la ansiedad. También demostraron que la proteína GluK1 se encuentra triplicada en pacientes con Síndrome de Down, siendo responsable de déficits de memoria espacial.
Se ha demostrado que estas subunidades de los receptores de kainato tienen un impacto profundo en la plasticidad sináptica del cerebelo
Asimismo, la investigación también ha demostrado que estas subunidades de los receptores de kainato tienen un impacto profundo en la plasticidad sináptica del cerebelo. La plasticidad sináptica es la capacidad del cerebro para modificar la fuerza de las conexiones sinápticas en respuesta a la experiencia, un proceso fundamental para el aprendizaje y la memoria.
Interacción de Proteínas en el Cerebelo
El laboratorio de Michisuke Yuzaki en la Universidad de Keio ha estudiado las sinapsis en el cerebelo y descubrió la interacción esencial entre las proteínas C1ql1 y Gai3 para la formación de sinapsis. Sin embargo, los resultados del nuevo estudio indican que sin la interacción de estas proteínas con los receptores de kainato, las sinapsis no se forman. “La colaboración entre ambos laboratorios nos ha permitido redefinir por completo la formación de sinapsis en el cerebelo”, destaca Yuzaki.
“La colaboración entre ambos laboratorios nos ha permitido redefinir por completo la formación de sinapsis en el cerebelo”
Michisuke Yuzaki, de la Universidad de Keio
En este contexto, los expertos confirmaron que la presencia de GluK4, expresada en las neuronas de Purkinje cerebelares, es crucial para la transmisión sináptica entre las fibras trepadoras y estas neuronas. Utilizando modelos de ratón manipulados genéticamente, los investigadores demostraron que la plasticidad sináptica, necesaria para el aprendizaje motor, se ve gravemente afectada en ausencia de estos receptores de kainato. Este hallazgo subraya la importancia de los receptores de kainato no solo en la transmisión sináptica, sino también en la formación estructural de las sinapsis.
Plasticidad Sináptica
“La plasticidad sináptica es la capacidad que tiene nuestro cerebro para formar conexiones y modularlas según sus necesidades”, explica Ana Valero Paternain, coprimera autora del artículo. “Cuando esta plasticidad falla en el cerebelo, se producen serios problemas de aprendizaje motor”. Wataru Kakegawa, también coprimer autor, añade: “En el laboratorio hemos comprobado que la reducción de sinapsis impide a los ratones aprender comportamientos motores”.
“La plasticidad sináptica es la capacidad que tiene nuestro cerebro para formar conexiones y modularlas según sus necesidades”
Ana Valero Paternain, coprimera autora del artículo.
La investigación mostró que en modelos de ratón, la plasticidad sináptica se ve seriamente comprometida cuando se suprime cualquiera de los receptores de kainato, lo que resulta en dificultades significativas en el aprendizaje motor. Esta relación entre la plasticidad sináptica y el aprendizaje motor en el cerebelo podría tener implicaciones importantes para el tratamiento de trastornos neurológicos y neuropsiquiátricos.
Los conectores sinápticos sintéticos, basados en la estructura de proteínas análogas, han demostrado ser viables para restaurar sinapsis dañadas en modelos de ratón con Alzheimer y lesiones espinales. Estos resultados sugieren prometedoras vías de investigación para futuras aplicaciones terapéuticas. La posibilidad de diseñar conectores sinápticos específicos usando subunidades de los receptores de kainato abre nuevas oportunidades para intervenir en patologías donde la sinapsis se ve afectada.
Apoyo y Financiación
De hecho, 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.
El descubrimiento del papel de los receptores de kainato en la formación de sinapsis en el cerebelo representa un avance significativo
El descubrimiento del papel esencial de los receptores de kainato en la formación de sinapsis en el cerebelo representa un avance significativo en nuestra comprensión de la neurobiología. Además, estos hallazgos no solo redefinen el conocimiento actual sobre la plasticidad sináptica y la formación de sinapsis, sino que también abren nuevas vías para el desarrollo de terapias innovadoras para tratar trastornos neurológicos y neuropsiquiátricos. La colaboración entre los laboratorios del IN y la Universidad de Keio ejemplifica cómo la investigación internacional puede lograr avances cruciales en el campo de las neurociencias.
