21 de septiembre de 2001
Investigadores encuentran una enzima crucial para la preservación de los recuerdos
Utilizando una técnica para eliminar la función de una
enzima en una región restringida del cerebro de ratón que
está relacionada con la memoria, unos investigadores han
demostrado que la enzima es importante para establecer las memorias a
largo plazo.
Según los investigadores, sus experimentos –que
demostraron que los defectos en una vía de
señalización bioquímica clave eran los
responsables de la incapacidad de los animales para mejorar su memoria
a largo plazo, en una serie de pruebas de laberintos– constituyen
una metodología poderosa para descubrir las moléculas
involucradas en el aprendizaje y la memoria.
“Creemos que estudios adicionales en los que se utilice esta técnica, permitirán que disequemos en mayor detalle las funciones e interacciones diferenciales de estas vías de transducción de señales, y cómo contribuyen a este complejo mecanismo de establecimiento de la memoria”.
Susumu Tonegawa
En un artículo publicado en el número del 21 de
septiembre de 2001, de la revista Cell, el investigador del
Instituto Médico Howard Hughes Susumu
Tonegawa y sus colegas en el Instituto de Tecnología de
Massachusetts y en el Instituto Vollum, publicaron que la
eliminación de la enzima quinasa dependiente de calcio y
calmodulina (CaMKIV) en los prosencéfalos de ratones,
tenía efectos profundos sobre las vías de
señalización del cerebro y en el comportamiento de
aprendizaje.
Los científicos comenzaron sus estudios con el fin de
esclarecer la función de la enzima en la potenciación a
largo plazo tardía (PLP-T), proceso por el cual las memorias
duraderas se establecen a través de un mecanismo de genes
activadores que accionan la síntesis proteica. Esta
síntesis proteica, a su vez, altera las sinapsis
–conexiones entre las neuronas– y graba a fuego las
vías de la memoria permanente.
“Anteriormente, se había implicado a la CaMKIV en las
vías de memoria a largo plazo, pero en los estudios anteriores
se provocaba la inactivación global de la enzima en todo el
animal”, dijo Tonegawa. “Tales knock-outs dieron resultados
inconsistentes porque afectaban a todo el cerebro durante su
desarrollo. Decidimos utilizar una técnica para inhibir la
proteína sólo en el prosencéfalo, que está
más involucrado en las funciones cerebrales
superiores”.
Tonegawa dijo que otros grupos de investigación habían
intentado inactivar una proteína llamada CREB, que está
involucrada en la regulación de la transcripción
génica de la PLP-T, y que se creía era activada por la
CaMKIV. Los resultados de estos estudios no eran concluyentes, dijo
Tonegawa, porque parecían existir múltiples formas de
CREB que podían compensar cualquier inactivación.
Tonegawa y sus colegas utilizaron una técnica genética
que les permitió substituir la CaMKIV normal por una enzima
mutante “dominante negativa”, que sería producida
solamente en los prosencéfalos de los ratones. Las enzimas
dominantes negativas tienen todas las características de la
enzima funcional –como la capacidad de unirse normalmente a otras
moléculas— pero carecen de la capacidad de realizar una
reacción enzimática apropiada.
Los científicos primero estudiaron los detalles moleculares
de la ausencia de la actividad de la CaMKIV en secciones de cerebro de
ratones transgénicos. Descubrieron que el nivel basal de
actividad de la CaMKIV en los cerebros de estos ratones era normal,
pero cuando se agregaron productos químicos que simulaban las
condiciones de actividad neuronal, como ocurre en la formación
de la memoria, la función de la enzima fue perceptiblemente
inferior. Los estudios de los cortes de cerebro también
revelaron que la activación de CREB por fosforilación
también estaba suprimida en los ratones transgénicos,
sugiriendo de forma enfática que la CaMKIV tiene una
función en la activación normal de CREB, que resulta de
la actividad neuronal.
Los experimentos con las secciones de cerebro también
revelaron que la transmisión de los impulsos nervios en los
ratones transgénicos era normal, excepto bajo condiciones que
simulaban la PLP-T dependiente de la síntesis proteica.
“Estos resultados nos indicaron la función de la CaMKIV
en el tipo de PLP-T dependiente de síntesis proteica”,
enfatizó Tonegawa. “Esto es muy importante, dado que en el
pasado se han publicado estudios que implicaban a otra enzima, llamada
proteína quinasa A, en la PLP-T. Sin embargo, esa enzima no era
específica del tipo de PLP-T dependiente de la síntesis
proteica”.
Con claras evidencias fisiológicas que habían
interrumpido específicamente la vía de la CaMKIV, los
investigadores luego probaron la eficiencia con la que los ratones
transgénicos podían establecer los recuerdos de un
laberinto de agua. Se colocó a los ratones en una piscina de
agua que estaba cubierta por bolitas flotantes que escondían una
plataforma ubicada justo debajo de la superficie, y que los ratones
tenían que encontrar. Inicialmente, los ratones
transgénicos aprendieron la tarea tan bien como los ratones
normales, pero a medida que el entrenamiento continuó, se
hicieron significativamente menos capaces de encontrar la
plataforma.
“De este modo, a pesar de que estos ratones tienen una
capacidad normal para adquirir memorias, tienen problemas para
convertir esas memorias en una forma a largo plazo”, dijo
Tonegawa. Sin embargo, hizo notar que los experimentos con laberintos
presentan problemas de interpretación. “Este entrenamiento
tiene lugar durante un período de dos semanas, así que
los procesos de adquisición y establecimiento de la memoria
están superpuestos”, dijo Tonegawa. “De este modo,
es difícil saber si el déficit está principalmente
en la fase de adquisición o en la de establecimiento”.
En un conjunto de experimentos adicionales, los científicos
compararon la capacidad de animales normales y transgénicos de
adquirir y establecer la memoria que está involucrada en la
asociación de un electrochoque suave en las patas de los ratones
con el lugar específico de la cámara en la que se
administra el electrochoque. En estos experimentos, la
adquisición de la memoria se puede separar más claramente
del establecimiento de la misma, dijo Tonegawa. Estos experimentos
demostraron que los ratones deficientes en CaMKIV podían
aprender a asociar los electrochoques con el lugar de la cámara,
pero presentaban dificultades para convertir tales recuerdos en
recuerdos duraderos, dijo Tonegawa.
“De estas pruebas concluimos que la vía de la CaMKIV
estaba implicada principalmente en el establecimiento de la memoria y
en la retención”, dijo.
Tonegawa enfatizó que el establecimiento de la memoria en los
animales transgénicos no se extinguía completamente,
sugiriendo que pueden haber vías de señalización
paralelas involucradas en el establecimiento, o que puede haber habido
una inactivación incompleta de la actividad de CaMKIV.
“Sin embargo, creemos que estudios adicionales en los que se
utilice esta técnica permitirán que disequemos en mayor
detalle las funciones e interacciones diferenciales de estas
vías de transducción de señales, y cómo
contribuyen a este complejo mecanismo de establecimiento de la
memoria”, dijo. “También queremos saber qué
genes se encuentran activados en este proceso y cómo los
productos de estos genes ayudan a establecer estos cambios a largo
plazo en la fuerza de las sinapsis”.
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