El primer mapa del sistema nervioso de un gusano muestra cómo se comunican las neuronas

Un equipo internacional de científicos ha construido el primer mapa que muestra cómo cada neurona del sistema nervioso de un diminuto gusano se comunica de forma inalámbrica.

Este enorme avance permitirá estudiar cómo las neuronas usan unas proteínas extremadamente cortas llamadas neuropéptidos para comunicarse, lo que ayudará a entender cómo se controlan las emociones y algunos problemas neuropsiquiátricos muy extendidos como los trastornos alimentarios, el trastorno obsesivo compulsivo (TOC) o el trastorno de estrés postraumático (PEPT).

El mapa, que detalla 31.479 interacciones de neuropéptidos entre las 302 neuronas del gusano, muestra dónde actúa cada neuropéptido y cada receptor de esos péptidos en el sistema nervioso del animal.

Los neuropéptidos permiten la comunicación entre neuronas que no están inmediatamente próximas, por lo que sus redes pueden considerarse un conectoma inalámbrico, es decir, un mapa de las neuronas que componen el cerebro de un organismo y de los circuitos detallados de las vías neuronales dentro de él.

Hasta ahora nadie había logrado construir un mapa de una red de neuropéptidos en ningún animal.

Dirigido por William Schafer y Lidia Ripoll-Sánchez, del Laboratorio de Biología Molecular del Consejo de Investigación Médica de Cambridge (Reino Unido), junto con Petra Vértes, de la Universidad de Cambridge, e Isabel Beets, de la Universidad Católica de Lovaina (Bélgica), el estudio se ha publicado este lunes en Neuron.

El gusano que estudiaron se llama C. elegans, un animal de cerca de 1 mm que vive en el suelo y que, pese a tener una anatomía muy simple, comparte muchas de las características biológicas esenciales que son problemas centrales de la biología humana.

“La idea de cartografiar estas redes inalámbricas ha sido uno de nuestros objetivos durante mucho tiempo, pero sólo ahora se ha reunido la combinación adecuada de personas y recursos para hacerlo posible”, explica Schafer.

Respuestas biológicas

Los neuropéptidos son esenciales en las respuestas biológicas como el estado de ánimo, el comportamiento sexual, el aprendizaje y la memoria, el sueño y la adicción y, aunque funcionan en todo el sistema nervioso, también pueden actuar en otros tipos de tejidos como hormonas.

La oxitocina, por ejemplo, actúa en varios circuitos del cerebro que afectan al vínculo entre padres e hijos, pero también provoca la contracción de los músculos del útero durante el parto.

Incluso cuando los neuropéptidos actúan en el cerebro, pueden permitir la comunicación entre neuronas que no están conectadas por las uniones físicas, llamadas sinapsis, que utilizan los neurotransmisores clásicos.

Dado que la mayoría de las neuronas parecen fabricar tanto neuropéptidos como receptores de neuropéptidos, sus vías de comunicación constituyen grandes redes neuronales, que son extensas, complejas y esenciales para el funcionamiento del cerebro y que resultan fundamentales para comprender la base neuronal del comportamiento.

“Los mecanismos básicos de señalización de los neuropéptidos son compartidos en todos los animales: los neuropéptidos se liberan de vesículas densas del núcleo de las células y se difunden a neuronas no conectadas a la célula liberadora por sinapsis cableadas”, explica Ripoll-Sánchez.

“El sistema nervioso del gusano es anatómicamente pequeño, pero a nivel molecular sus sistemas de neuropéptidos son altamente complejos, mostrando paralelismos significativos con animales más grandes”, apunta.

“Por eso esperamos que el conectoma de neuropéptidos de C. elegans sirva de prototipo para entender la señalización inalámbrica en sistemas nerviosos más grandes”, concluye.

Un mapa de señales

Los investigadores construyeron el mapa combinando conjuntos de datos bioquímicos, anatómicos y de expresión génica para determinar qué neuronas pueden comunicarse entre sí mediante señales neuropeptídicas específicas.

Después, analizaron su estructura e identificaron características topológicas clave, así como neuronas con funciones importantes en la conexión de distintas partes de la red.

El equipo descubrió que la red neuropeptídica inalámbrica de C. elegans tiene una estructura diferente de los conectomas cableados: Son más densos, están más descentralizados y tienen diferentes neuronas clave o nodos.

Además, la red también conecta partes del sistema nervioso que están aisladas del conectoma sináptico cableado.

El siguiente paso será comprobar si los principios por los que se organizan las redes de neuropéptidos en los gusanos también se aplican en cerebros más grandes.

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