Investigadores demostraron el mecanismo por el cual se modifican las células nerviosas que se ven afectadas en enfermedades como Parkinson y Alzheimer.
Córdoba 22/05/2018 Mónica Hernández
Mediante un subsidio del Ministerio de Ciencia y Tecnología de la Nación (Mincyt) el grupo de investigación pudo llevar a cabo el trabajo que implicó la interacción de físicos y biólogos. Los primeros fueron los que se desarrollaron ese microscopio y los biólogos la aplicación de esa aparatología. Para poder llevar a cabo estos análisis realizaron los experimentos, prepararon las muestras y las trasladaron a Buenos Aires donde analizaron en conjunto. De hecho, diseñaron un software libre al que denominaron Gollum (nombre del personaje de “El Señor de los Anillos”) que permite cuantificar miles de imágenes y determinar la regularidad de las estructuras (anillos de actina y espectrina, ver dibujo) del citoesqueleto neuronal en cientos de axones. El trabajo fue publicado en febrero de este año en una de las revistas especializadas científicas de la Editorial Nature.
En una entrevista con el director del Instituto de Investigación Ferreyra de Córdoba, Alfredo Cáceres, explicó: “Nosotros no trabajamos en enfermedades neurodegenerativas sino en el desarrollo del sistema nervioso, en la biología normal de las neuronas y en particular cómo se forman las prolongaciones de las neuronas, es decir los axones y las dendritas. Hace cuarenta años que estudiamos eso. En realidad, lo que pasa es que las proteínas que permiten que se formen esos axones y dendritas son aquellas que están alteradas en enfermedades neurodegenerativas como el Alzheimer, Parkinson y ELA (esclerosis lateral amiotrófica). Entonces, eventualmente nosotros tocamos temas que tiene que ver con enfermedades neurodegenerativas, es decir las proteínas que hacen que un axón crezca, las que en condiciones normales pueden estar alteradas y producir esas patologías”.
Por otra parte, con respecto a la metodología que se utilizó, el investigador contó: “Cuando realizamos este estudio analizamos unas estructuras que han sido descubiertas hace muy poco tiempo con unas técnicas muy modernas de microscopía que desarrollaron dos estadounidenses y un alemán que les valieron obtener el Premio Nobel de Química en 2014. En Argentina hay sólo uno de estos nuevos microscopios, llamados nanoscopios (ver recuadro), en un Instituto de Conicet de Buenos Aires, y en realidad nosotros somos los principales o diría los únicos usuarios en la actualidad. Por eso, este es un aparato muy especial que nos permite ver lo que ningún otro tipo de microscopio óptico o común posibilita. O sea que con esta aparatología podemos identificar unos anillos de actina y espectrina (ver dibujo) que son del citoesqueleto que se encuentran en los axones de las neuronas. Utilizando un modelo de degeneración axonal de estas células encontramos que esos anillos están entre las primeras estructuras que se desarman cuando se está deteriorando la prolongación de la célula nerviosa, lo cual sugiere que son importantes para el mantenimiento de la estructura normal en ciertas condiciones, por lo que en algunas enfermedades degenerativas estos anillos están deteriorados y se desarman previo a la degeneración celular”.
- En resumen, ¿cuál es la importancia de este trabajo?
- Para responder de una manera más simple, podemos decir que éste es el primer trabajo en su tipo que se realiza en Argentina utilizando las técnicas de microcospía de súper resolución y aprovechando la interacción entre físicos y biólogos, lo que no es muy común en nuestro medio, y que provee evidencia acerca de cuál podría ser la función de esos anillos de actina y espectrina para evitar la destrucción del axón de la neurona, que si bien esas estructuras fueron descubiertas hace más de tres años, el hallazgo en sí de nuestro grupo es que esos anillos se rompen previo a la destrucción del axón.
Esquema de una neurona
La neurona es la célula del sistema nervioso formada por el cuerpo celular, llamado soma o pericarion; por las dendritas, prolongaciones cortas que transmiten impulsos, y por el axón o cilindroeje que conduce esos impulsos hacia otra neurona u órgano.
En el artículo publicado en la página Web del mencionado instituto, se compara el proceso descripto con los componentes estructurales de un edificio: “Siguiendo esta analogía con el tema antes descripto, sería intentar entender qué rol cumplen los cimientos, las columnas, las paredes y las vigas para que una construcción se mantenga en pie. Nos preguntamos entonces, ¿por qué los edificios se derrumban? Para responder a esta pregunta, observamos construcciones que estaban a punto de derrumbarse, y a partir de ahí, caracterizamos qué le sucede a las construcciones en ese proceso. Un ingeniero observador, probablemente, vería que primero hay un problema en las fundaciones del edificio, que eso tiene como consecuencia el mal trabajo de columnas que finalmente colapsan, destruyendo a su paso vigas y paredes. Es decir, hay un orden causal.
Algo parecido, salvando las diferencias, realizamos en este proceso. Las neuronas sensoriales normalmente se degeneran durante el desarrollo del sistema nervioso, proceso en el que primero rompen sus axones y luego muere el cuerpo neuronal. En la investigación se observan, a distintos tiempos, el proceso de destrucción del axón de estas células en cultivo, cómo responden componentes del esqueleto neuronal y qué relación guardan con la destrucción final del axón”.
Asimismo, el equipo del doctor Cáceres estudia desde hace años una proteína llamada tau, abundante en el sistema nervioso central (SNC) y en el sistema nervioso periférico (SNP), cuya función es a nivel neuronal en los axones. Ésta se encuentra muy alterada en la enfermedad de Alzheimer y los investigadores desde el Instituto fueron los primeros en demostrar que esa proteína era importante para que se formara el axón. “A partir de que se conoció la función de tau, varios grupos de investigación del mundo se dieron cuenta de que en Alzheimer esa proteína es importante para que se forme el axón y hay mucha gente que piensa que una de las causas de esta enfermedad es la alteración de esta proteína”, finalizó el director del instituto de investigaciónre
Este microscopio de alta resolución fue desarrollado por tres cientifícos: Eric Betzig y William Moerner (estadounidenses) y Stefan Hell (alemán), lo que les valió recibir el premio Nobel de Química en 2014.
Es un equipo de alta resolución que permite la observación de detalles de las células en tres dimensiones y posibilita también grabar imágenes de las moléculas dentro de células vivas.
A diferencia del microscopio electrónico éste es óptico, por lo tanto menos invasivo, y de esta manera la ciencia ha abierto una ventana para poder observar el mundo de las moléculas. También esta tecnología ha contribuido al estudio de enfermedades como Alzheimer y Parkinson y análisis de los procesos cognitivos que se desarrollan entre las neuronas cerebrales.
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