Los neurocientíficos del MIT han descubierto una vía celular que permite que las sinapsis específicas se fortalezcan durante la formación de la memoria. Los hallazgos proporcionan la primera visión del mecanismo molecular por el cual los recuerdos a largo plazo se codifican en una región del hipocampo llamada CA3.
Los investigadores encontraron que una proteína llamada Npas4, previamente identificada como un controlador maestro de la expresión génica desencadenada por la actividad neuronal, controla la fuerza de las conexiones entre las neuronas en el CA3 y las de otra parte del hipocampo llamada giro dentado. Sin Npas4, los recuerdos a largo plazo no se pueden formar.
"Nuestro estudio identifica un mecanismo sináptico dependiente de la experiencia para la codificación de la memoria en CA3, y proporciona la primera evidencia de una vía molecular que lo controla selectivamente", dice Yingxi Lin, profesor asociado de ciencias cerebrales y cognitivas y miembro del MITInstituto McGovern para la Investigación del Cerebro.
Lin es el autor principal del estudio, que aparece en la edición del 8 de febrero de neurona . El autor principal del artículo es el científico investigador del Instituto McGovern Feng-Ju Eddie Weng.
fuerza sináptica
Los neurocientíficos saben desde hace tiempo que el cerebro codifica los recuerdos al alterar la fuerza de las sinapsis o las conexiones entre las neuronas. Esto requiere interacciones de muchas proteínas que se encuentran en las neuronas presinápticas, que envían información sobre un evento, y las neuronas postsinápticas, que reciben la información.
Las neuronas en la región CA3 juegan un papel crítico en la formación de recuerdos contextuales, que son recuerdos que vinculan un evento con la ubicación donde tuvo lugar, o con otra información contextual como el tiempo o las emociones. Estas neuronas reciben entradas sinápticas detres vías diferentes, y los científicos han planteado la hipótesis de que una de estas entradas, desde el giro dentado, es crítica para codificar nuevos recuerdos contextuales. Sin embargo, el mecanismo de cómo se codifica esta información no se conocía.
En un estudio publicado en 2011, Lin y sus colegas encontraron que Npas4, un gen que se activa inmediatamente después de nuevas experiencias, parece actuar como un controlador maestro del programa de expresión génica requerido para la formación de la memoria a largo plazo. Tambiéndescubrió que Npas4 es más activo en la región CA3 del hipocampo durante el aprendizaje. Se sabía que esta actividad era necesaria para un aprendizaje contextual rápido, tal es necesario durante un tipo de tarea conocida como condicionamiento contextual por miedo. Durante el acondicionamiento, los ratones reciben unUna descarga eléctrica leve cuando entran y exploran una cámara específica. En cuestión de minutos, los ratones aprenden a temer a la cámara, y la próxima vez que entran, se congelan.
Cuando los investigadores noquearon el gen Npas4, descubrieron que los ratones no podían recordar el terrible evento. También encontraron el mismo efecto cuando noquearon el gen solo en la región CA3 del hipocampo. Noqueándolo en otras partes deel hipocampo, sin embargo, no tuvo efecto en la memoria.
En el nuevo estudio, los investigadores exploraron con más detalle cómo Npas4 ejerce sus efectos. El laboratorio de Lin había desarrollado previamente un método que permite etiquetar fluorescentemente las neuronas CA3 que se activan durante este acondicionamiento del miedo. Usando el mismo proceso de acondicionamiento del miedo,Los investigadores demostraron que durante el aprendizaje, ciertas entradas sinápticas a las neuronas CA3 se fortalecen, pero no otras. Además, este fortalecimiento requiere Npas4.
Las entradas que se fortalecen selectivamente provienen de otra parte del hipocampo llamada circunvolución dentada. Estas señales transmiten información sobre el lugar donde tuvo lugar la terrible experiencia.
Sin Npas4, las sinapsis provenientes del giro dentado a CA3 no se fortalecieron, y los ratones no pudieron formar recuerdos del evento. Otros experimentos revelaron que este fortalecimiento es necesario específicamente para la codificación de la memoria, no para recuperar los recuerdos ya formados. Los investigadoresTambién descubrió que la pérdida de Npas4 no afectaba las entradas sinápticas que las neuronas CA3 reciben de otras fuentes.
mantenimiento de Synapse
Los investigadores también identificaron uno de los genes que Npas4 controla para ejercer este efecto sobre la fuerza de la sinapsis. Este gen, conocido como plk2, está involucrado en la reducción de las estructuras postsinápticas. Npas4 activa plk2, reduciendo así el tamaño y la fuerza de la sinapsis. Esto sugiere queNpas4 en sí no fortalece las sinapsis, pero mantiene las sinapsis en un estado que les permite fortalecerse cuando es necesario. Sin Npas4, las sinapsis se vuelven demasiado fuertes y, por lo tanto, no se puede inducir a codificar recuerdos fortaleciéndolas aún más.
"Cuando eliminas Npas4, la fuerza sináptica está casi saturada", dice Lin. "Y luego, cuando se produce el aprendizaje, aunque las células que codifican la memoria pueden estar marcadas con fluorescencia, ya no ves el fortalecimiento de esas conexiones".
En el trabajo futuro, Lin espera estudiar cómo el circuito que conecta la circunvolución dentada con CA3 interactúa con otras vías necesarias para la recuperación de la memoria. "De alguna manera, existe una interferencia entre las diferentes rutas para que una vez que la información se almacene, pueda ser recuperada por elotras entradas ", dice ella.
La investigación fue financiada por los Institutos Nacionales de Salud, el Fondo James H. Ferry y una Beca de Investigación de la Fundación Sueca del Cerebro.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Massachusetts . Original escrito por Anne Trafton. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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