Cuando experimentamos un suceso novedoso, el cerebro crea un recuerdo sobre él, mediante la alteración de las conexiones entre las células cerebrales o neuronas. Este proceso requiere de la activación de numerosos genes presentes en dichas células. Científicos del Instituto Tecnológico de Massachussets (MIT), de Estados Unidos, han identificado un gen que controla y desencadena este complejo proceso. El hallazgo resulta importante porque podría ayudar a definir la ubicación de la memoria en el cerebro. Por Yaiza Martínez.
ARN Polimerasa II, uno de los elementos que "obedece" al gen Npas4 en el proceso de formación de recuerdos. Fuente: Wikimedia Commons.
Cuando experimentamos un suceso novedoso, el cerebro crea un recuerdo sobre él, mediante la alteración de las conexiones entre las células cerebrales o neuronas. Este proceso requiere de la activación de numerosos genes presentes en dichas células. Científicos del Instituto Tecnológico de Massachussets (MIT), de Estados Unidos, han identificado ahora un gen que podría ser el controlador y el desencadenante de este complejo proceso.
Según publica el MIT en un comunicado, este descubrimiento no sólo revela los mecanismos moleculares subyacentes a la formación de recuerdos sino que, además, podría ayudar a los neurocientíficos a definir una localización más exacta de la memoria en el cerebro.
Hasta ahora, lo que se sabe a este respecto es que en el cerebro no existe un único lugar físico para la memoria. Esta capacidad parece estar diseminada de hecho por distintas localizaciones especializadas. Mientras en algunas regiones del córtex temporal se almacenarían los recuerdos de nuestra más tierna infancia, el significado de las palabras estaría guardado en la región central del hemisferio derecho y los datos de aprendizaje en el córtex parieto-temporal. Por otra parte, muchos de nuestros automatismos (acciones no conscientes o voluntarias) están almacenados en el cerebelo.
Estudio de un gen y de un tipo de recuerdos concretos
Los científicos del MIT, dirigidos por la investigadora Yingxi Lin, miembro del McGovern Institute for Brain Research de dicho Instituto, centraron su estudio en un gen concreto: el Npas4, cuya activación se produce inmediatamente después de nuevas experiencias, según han demostrado estudios anteriores.
Este gen está particularmente activo en el hipocampo, una estructura del cerebro que resulta esencial para la formación de la llamada memoria a largo plazo (MLP), que es un tipo de memoria que almacena recuerdos por un plazo de tiempo que puede prolongarse desde unos pocos días hasta décadas, sin que se le presuponga límite alguno de capacidad o duración.
Lin y sus colaboradores descubrieron que el Npas4 pone en marcha otros genes que modifican las conexiones de las células cerebrales, mediante el ajuste de la fuerza de las sinapsis o conexiones entre neuronas. La formación de la memoria dependería de esta modificación.
Para investigar los mecanismos genéticos que generan los recuerdos, los científicos se centraron además en un tipo de aprendizaje concreto, conocido como condicionamiento del miedo.
Según publica el MIT en un comunicado, este descubrimiento no sólo revela los mecanismos moleculares subyacentes a la formación de recuerdos sino que, además, podría ayudar a los neurocientíficos a definir una localización más exacta de la memoria en el cerebro.
Hasta ahora, lo que se sabe a este respecto es que en el cerebro no existe un único lugar físico para la memoria. Esta capacidad parece estar diseminada de hecho por distintas localizaciones especializadas. Mientras en algunas regiones del córtex temporal se almacenarían los recuerdos de nuestra más tierna infancia, el significado de las palabras estaría guardado en la región central del hemisferio derecho y los datos de aprendizaje en el córtex parieto-temporal. Por otra parte, muchos de nuestros automatismos (acciones no conscientes o voluntarias) están almacenados en el cerebelo.
Estudio de un gen y de un tipo de recuerdos concretos
Los científicos del MIT, dirigidos por la investigadora Yingxi Lin, miembro del McGovern Institute for Brain Research de dicho Instituto, centraron su estudio en un gen concreto: el Npas4, cuya activación se produce inmediatamente después de nuevas experiencias, según han demostrado estudios anteriores.
Este gen está particularmente activo en el hipocampo, una estructura del cerebro que resulta esencial para la formación de la llamada memoria a largo plazo (MLP), que es un tipo de memoria que almacena recuerdos por un plazo de tiempo que puede prolongarse desde unos pocos días hasta décadas, sin que se le presuponga límite alguno de capacidad o duración.
Lin y sus colaboradores descubrieron que el Npas4 pone en marcha otros genes que modifican las conexiones de las células cerebrales, mediante el ajuste de la fuerza de las sinapsis o conexiones entre neuronas. La formación de la memoria dependería de esta modificación.
Para investigar los mecanismos genéticos que generan los recuerdos, los científicos se centraron además en un tipo de aprendizaje concreto, conocido como condicionamiento del miedo.
Lo hicieron con ratones: a éstos se les suministró una carga eléctrica suave cuando entraban en una cámara específica. En unos minutos, los ratones aprendieron a temer dicha cámara, y la siguiente vez que entraron en ella, se quedaron paralizados.
Genética subyacente al aprendizaje
Los investigadores comprobaron que el gen Npas4 se activaba muy al inicio de la experiencia de condicionamiento. Según Lin, “esto distingue al Npas4 de otros genes reguladores de actividad. Muchos de estos genes son activados por diversos tipos de estimulaciones, pero no están relacionados específicamente con el aprendizaje”.
Además, los científicos descubrieron que la activación del Npas4 se producía sobre todo en la región CA3 del hipocampo, que ya se sabía que está implicada en el aprendizaje rápido. Este aprendizaje depende de la mayor o menor presencia de espinas dendríticas (prolongaciones de las dendritas o ramificaciones de las neuronas donde se producen las sinapsis) en las neuronas de esta región.
Los investigadores explican que el Npas4 sería el desencadenante inicial que activaría el resto de puntos implicados en la modificación de las sinapsis, para dar lugar a cualquier recuerdo. Y lo hace de la siguiente forma.
Como el Npas4 es un factor de transcripción, provoca que una enzima llamada ARN polimerasa II se una a secuencias promotoras de la expresión génica, activando los genes que posibilitan las modificaciones sinápticas que a su vez generan los recuerdos.
Kartik Ramamoorthi, otro de los autores del estudio, comenta: “El Npas4 suministra una señal de instrucción. Le comunica a la polimerasa que se una a ciertos genes. Sin él, la ARN polimerasa II no sabría a donde ir. Simplemente, se quedaría flotando alrededor del núcleo de las células”.
Por tanto, situado en el sitio justo del cerebro, el Npas4 activa el resto de genes necesarios para el proceso de modificación sináptica que da lugar a la memoria. Hasta ahora, los científicos han podido identificar sólo unos cuantos de los genes regulados por el Npas4 en este proceso, pero sospechan que debe haber cientos de genes más.
A la caza de la memoria
Como parte de su investigación, Lin y sus colaboradores bloquearon el gen Npas4 de los ratones para ver qué ocurría. Descubrieron que, en este caso, los animales no podían recordar el condicionamiento del miedo.
Pero este efecto sólo se produjo al bloquear el Npas4 de la región CA3 del hipocampo. El bloqueo en otras partes del hipocampo no produjo el mismo efecto, matizan los científicos.
Genética subyacente al aprendizaje
Los investigadores comprobaron que el gen Npas4 se activaba muy al inicio de la experiencia de condicionamiento. Según Lin, “esto distingue al Npas4 de otros genes reguladores de actividad. Muchos de estos genes son activados por diversos tipos de estimulaciones, pero no están relacionados específicamente con el aprendizaje”.
Además, los científicos descubrieron que la activación del Npas4 se producía sobre todo en la región CA3 del hipocampo, que ya se sabía que está implicada en el aprendizaje rápido. Este aprendizaje depende de la mayor o menor presencia de espinas dendríticas (prolongaciones de las dendritas o ramificaciones de las neuronas donde se producen las sinapsis) en las neuronas de esta región.
Los investigadores explican que el Npas4 sería el desencadenante inicial que activaría el resto de puntos implicados en la modificación de las sinapsis, para dar lugar a cualquier recuerdo. Y lo hace de la siguiente forma.
Como el Npas4 es un factor de transcripción, provoca que una enzima llamada ARN polimerasa II se una a secuencias promotoras de la expresión génica, activando los genes que posibilitan las modificaciones sinápticas que a su vez generan los recuerdos.
Kartik Ramamoorthi, otro de los autores del estudio, comenta: “El Npas4 suministra una señal de instrucción. Le comunica a la polimerasa que se una a ciertos genes. Sin él, la ARN polimerasa II no sabría a donde ir. Simplemente, se quedaría flotando alrededor del núcleo de las células”.
Por tanto, situado en el sitio justo del cerebro, el Npas4 activa el resto de genes necesarios para el proceso de modificación sináptica que da lugar a la memoria. Hasta ahora, los científicos han podido identificar sólo unos cuantos de los genes regulados por el Npas4 en este proceso, pero sospechan que debe haber cientos de genes más.
A la caza de la memoria
Como parte de su investigación, Lin y sus colaboradores bloquearon el gen Npas4 de los ratones para ver qué ocurría. Descubrieron que, en este caso, los animales no podían recordar el condicionamiento del miedo.
Pero este efecto sólo se produjo al bloquear el Npas4 de la región CA3 del hipocampo. El bloqueo en otras partes del hipocampo no produjo el mismo efecto, matizan los científicos.
Yingxi Lin, directora de la investigación. Imagen: Kent Dayton. Fuente: MIT.
Por otra parte, aunque Lin y su equipo han centrado su estudio en el condicionamiento del miedo, los investigadores creen que el Npas4 podría resultar clave en otros tipos de aprendizaje.
Por eso, consideran que un importante paso futuro dentro de su estudio será identificar más genes controlados por el Npas4. Esta identificación podría arrojar más luz sobre el papel de este gen en la formación de recuerdos.
Los científicos planean asimismo analizar si las mismas neuronas que se activan por mediación del Npas4 cuando son formados los recuerdos también se activan cuando se recupera la memoria. Este punto podría ayudar a definir con exactitud qué neuronas están implicadas en el almacenamiento de recuerdos particulares.
Según Ramamoorthy: “Vamos a la caza de la memoria, y creemos que podemos usar el Npas4 para definir dónde ésta se encuentra (dentro del cerebro)”. Los resultados de la investigación han aparecido publicados en Science.
Por eso, consideran que un importante paso futuro dentro de su estudio será identificar más genes controlados por el Npas4. Esta identificación podría arrojar más luz sobre el papel de este gen en la formación de recuerdos.
Los científicos planean asimismo analizar si las mismas neuronas que se activan por mediación del Npas4 cuando son formados los recuerdos también se activan cuando se recupera la memoria. Este punto podría ayudar a definir con exactitud qué neuronas están implicadas en el almacenamiento de recuerdos particulares.
Según Ramamoorthy: “Vamos a la caza de la memoria, y creemos que podemos usar el Npas4 para definir dónde ésta se encuentra (dentro del cerebro)”. Los resultados de la investigación han aparecido publicados en Science.