MEMORIAS Y LA ECONOMÍA DE LAS NEURONAS Por Dra. Sandra Peña de Ortíz, Catedrática del Departamento de Biología / Especial para Notic@mpus Nuestro cerebro puede concebirse como una especie de computadora especializada para recoger información del ambiente a partir de experiencias de vida, almacenar información en la medida en que forma y graba memorias y las rehúsa o reactiva cuando recordamos. Gracias a esta maravillosa capacidad de procesar, almacenar y utilizar información en forma de memorias es que podemos recordar de manera vívida los momentos más placenteros de nuestra vida, tales como el nacimiento de un hijo, así como aquellos de naturaleza trágica o traumática. A estos procesos que ocurren en regiones profundas de nuestro cerebro, le debemos nuestra capacidad de obtener una educación que ultimadamente puede cambiar el curso de nuestras vidas. Bueno, por lo menos así fue para mí. Y es que los procesos de aprendizaje y memoria tienen la inherente cualidad de poder cambiar, remodelar y hasta renovar nuestro cerebro. Los científicos que son estudiosos de estos procesos han descubierto que las memorias se forman utilizando neuronas, células del sistema nervioso especializadas para transmitir entre ellas estímulos que surgen dentro del cerebro cuando, por ejemplo, disfrutamos de la fragancia de una rosa o cuando escuchamos música, estamos en el salón de clase o presenciamos un accidente automovilístico. Estos estímulos también resultan en la activación de procesos dentro de las neuronas que son necesarios para que éstas eventualmente puedan asociarse unas con otras formando así circuitos de aprendizaje y memorias. Ahora bien, por experiencia, todos sabemos que existen distintos tipos de memorias. Podemos clasificarlas, por ejemplo, en términos de cuán duraderas son. Las memorias de corto plazo se desvanecen después de un periodo de minutos a varias horas. Por otro lado, tenemos la capacidad de formar memorias que perduran en nuestros cerebros por largo tiempo, alguna toda nuestra vida. Y es aquí precisamente donde comienza el relato que deseo compartir con ustedes. Numerosos estudios científicos han demostrado que a diferencia de la formación de memoria de corta duración, la formación de aquellas memorias que perduran en nuestros cerebros requieren de la activación del centro de control más importante de la célula: el núcleo. Así que debo comenzar a hablar sobre lo que podríamos llamar: la economía de la célula. El núcleo contiene nuestro material genético, el ADN, que sirve como la fuente, el origen de la información genética que al ser decodificada regula todas las funciones de la célula. Para decodificar los genes en el ADN, éste último tiene que transcribirse mediante un proceso que resulta en la producción de ARN mensajero el cual traslada la información codificada en el ADN fuera del núcleo. Una vez fuera del núcleo, el ARN mensajero puede entonces ser traducido para producir las proteínas que llevan a cabo, expresan, aplican y hacen real la función que está codificada por sus genes respectivos en el ADN nuclear. Entonces, volviendo a lo que mencioné anteriormente, los estudios científicos han demostrado que para que se puedan crear memorias duraderas en el cerebro, deben surgir cambios en la expresión génica en las neuronas que se encuentran en los centros de procesamiento de información de éste. En particular, se ha demostrado que todo lo que afecte el proceso de transcripción, en donde se produce el ARN mensajero, impide la formación de memorias duraderas, aunque las de corta duración no se ven afectadas. Lo mismo puede decirse de tratamientos que inhiben la traducción o síntesis de proteínas. Estos hallazgos sugieren que las memorias duraderas requieren de nueva expresión de genes en las neuronas y que la regulación de la síntesis de ARN mensajero y de proteínas explica en su totalidad los procesos moleculares necesarios para la formación de memorias a largo plazo. Son estas nuevas proteínas que surgen durante el aprendizaje, las que llevan a la nueva formación de circuitos neurales y conexiones entre neuronas de o fortalecen los ya existentes. Tales circuitos y conexiones neuronales son necesarios para grabar la memoria o consolidarla por largo tiempo.
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Sin embargo, falta algo en esta historia. En el 2000 publiqué mi hipótesis de mecanismos genómicos para la formación de memoria. De acuerdo con esta hipótesis las memorias podrían ser almacenadas gracias a cambios en el ADN, la única molécula que perdura por el tiempo de vida de la célula. Los mecanismos de re arreglo, reorganización, o recombinación de genes no son extrañas a la biología de organismos avanzados. El sistema inmunológico los utiliza para producir la diversidad de anticuerpos que el cuerpo necesita para defenderse del número infinito de antígenos a los cuales se enfrentará durante la vida. ¿Y qué tal de la diversidad de información que almacena nuestro cerebro? Estudios en mi laboratorio fueron los primeros en sugerir que enzimas, cuya única función conocida era participar en el proceso de diversificación génica en el sistema inmunológico, están involucradas en los procesos de aprendizaje y formación de memorias. También demostramos, gracias a los trabajos de tesis doctoral de la Dra. Melissa Colón-Cesario, quien ahora enseña en la UPR, Recinto de Humacao, que un inhibidor químico del proceso de recombinación de ADN, interrumpía el proceso de formación de memorias duraderas en el cerebro. En ese estudio en particular, publicado en la Revista oficial de la Sociedad para las Neurociencias (Journal of Neuroscience) en el 2006, demostramos que procesos de formación de memorias asociadas al miedo incluyen la activación de mecanismos de recombinación de AND en el hipocampo: uno de los centros de memoria más importantes del cerebro. En estos momentos hemos publicado un trabajo, en la misma revista, que de acuerdo a colegas en el campo, impactará de forma duradera estudios científicos de la neurobiología de los procesos cognitivos como el aprendizaje y la memoria. La Dra. Lorena Saavedra-Rodríguez, quien obtuviera su grado recientemente en nuestro Programa Graduado, descubrió a la primera enzima que hace cortes en el ADN que está asociada a la memoria. Para esto se utilizó. Primeramente, la técnica de micro arreglos de ADN, por medio de la cual se pudieron rastrear cambios en expresión de miles de genes de manera simultánea cuando ratas aprendían a evitar el consumo de dextrosa. Estos estudios permitieron la identificación de un gen codificante de una endonucleasa (enzima que introduce cortes en el ADN) que reconoce estructuras específicas en el ADN. Esta endonucleasa actúa durante varios procesos del metabolismo del ADN, incluyendo procesos de recombinación génica. Experimentos adicionales, utilizaron tecnologías que nos permitieron inactivar de manera específica la función de este gen durante el proceso de aprendizaje avercivo en la amígdala, el centro de procesamiento de memorias de índole emocional. Los resultados de estos experimentos nos permitieron demostrar que la función de la endonucleasa es necesaria para la formación de memorias duraderas. El descubrimiento de Fen-1, como se designa la endonucleasa identificada, representa la primera instancia en la que se demuestra que una enzima modificadora del ADN es necesaria para procesos normales de aprendizaje y memoria. Este descubrimiento tendrá grandes implicaciones en el entendimiento de los procesos genómicos involucrados en la formación de memorias y ayudará a definir mejor los mecanismos celulares que subyacen el desarrollo de enfermedades mentales, como la esquizofrenia y el autismo. Esto último por que proponemos que las proteínas afectadas por el proceso de re arreglo o modificación de genes en las neuronas son importantes para la formación apropiada de circuitos neuronales durante el desarrollo y la vida temprana. Si el proceso de re arreglo o modificación de genes en neuronas falla o no opera adecuadamente resultaría en conexiones desordenadas en la cablería neuronal del cerebro, lo cual podría afectar la manera en que individuos afectados responden a su ambiente y a sus experiencias de vida. Queda solo decir que los neurocientíficos de la isla de Puerto Rico, junto con sus respectivos equipos de trabajo, están impactando la ciencia a nivel internacional. Esto es algo de lo que todos debemos estar orgullosos y que debe resultar en el desarrollo de más ciencia puertorriqueña y ofrecer motivación a las próximas generaciones de posibles científicos de la isla. Así que podemos decir que aquí sí se puede.
Fotos J. Perez-Mesa / Notic@mpus |
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