Un cerebro no es más que comunicativo. Las neuronas son las parlanchinas de este órgano conversacional y se comunican entre sí intercambiando pulsos de electricidad utilizando mensajeros químicos llamados neurotransmisores. Al repetir este proceso miles de millones de veces por segundo, el cerebro convierte grupos de sustancias químicas en acciones, recuerdos y pensamientos coordinados.

Los investigadores estudian cómo funciona el cerebro escuchando a escondidas esa conversación química. Pero las neuronas hablan tan alto y con tanta frecuencia que si hay otras voces más bajas, puede resultar difícil escucharlas.

Durante la mayor parte del siglo XX, los neurocientíficos coincidieron en gran medida en que las neuronas son las únicas células cerebrales que propagan señales eléctricas. Se pensaba que todas las demás células cerebrales, llamadas glía, cumplían funciones puramente de apoyo. Luego, en 20, surgió un fenómeno curioso: los investigadores observado un astrocito, un subtipo de célula glial, que responde al glutamato, el principal neurotransmisor que genera actividad eléctrica.

En las décadas posteriores, los equipos de investigación han presentado pruebas contradictorias: algunos informan que los astrocitos envían señales y otros replican que definitivamente no. El desacuerdo se desarrolló en conferencias y en una estrategia SEO para aparecer en las búsquedas de Google. después de una estrategia SEO para aparecer en las búsquedas de Google. de la evidencia. Las dos partes parecían irreconciliables.

Un nuevo artículo publicado en Naturaleza en septiembre presenta la mejor prueba hasta ahora de que los astrocitos pueden emitir señales, recopilada durante ocho años por un equipo codirigido por Andrea Volterra, profesora visitante en el Centro Wyss de Bio y Neuro Ingeniería en Ginebra, Suiza. El estudio incluye dos pruebas clave: imágenes de glutamato fluyendo de los astrocitos y datos genéticos que sugieren que estas células, denominadas astrocitos glutamatérgicos, tienen la maquinaria celular para utilizar el glutamato como lo hacen las neuronas.

El artículo también ayuda a explicar las décadas de hallazgos contradictorios. Debido a que sólo algunos astrocitos pueden realizar esta señalización, ambos lados de la controversia tienen, en cierto sentido, razón: los resultados de un investigador dependen de qué astrocitos tomaron muestras.

"Este estudio es genial porque proporciona una explicación de por qué ambos datos estaban disponibles y eran contradictorios", dijo Christopher Dulla, profesor de neurociencia en la Universidad de Tufts que estudia la señalización astrocítica y no participó en el nuevo trabajo. "Tiendo a comprarlo".

El descubrimiento abre la posibilidad de que algunos astrocitos formen una parte esencial de los circuitos del cerebro. "Cada vez llegamos más a la idea de que todos los tipos de células participan en el funcionamiento del cerebro", dijo Volterra. "Está mucho más integrado de lo que se pensaba antes".

Una red comunicativa

El nombre general "glia" (de la palabra griega que significa "pegamento") para todas las células cerebrales que no son neuronas, como los astrocitos, transmite la opinión inicial de los científicos de que su objetivo principal era mantener unidas las neuronas. Sin embargo, desde la primera descripción de los astrocitos en 1865, los investigadores han descubierto que pueden hacer mucho más. Por un lado, tienen receptores de glutamato, que utilizan para detectar y limpiar el exceso de neurotransmisores en los espacios alrededor de las neuronas.

Lo que ha quedado menos claro es si pueden utilizar el glutamato para generar una señal eléctrica por sí mismos. En 1994, los investigadores astrocitos estimulados en un plato y vio que las neuronas cercanas parecían responder preparándose para enviar una señal. Y en 1997, Volterra y sus colegas observó lo contrario: Los astrocitos de rata respondieron a las llamadas de las neuronas con ondas oscilantes de la molécula de señalización calcio. Entre 2000 y 2012, los investigadores publicaron más de 100 artículos que presentaban evidencia a favor de la capacidad de los astrocitos para comunicarse a través de sinapsis.

Pero otros cuestionaron cómo se reunió e interpretó esa evidencia. En 2014, por ejemplo, los investigadores descubierto CRISPR que un modelo clave de ratón tenía fallas, lo que generó dudas sobre los estudios anteriores que utilizaron esos ratones.

Mientras tanto, la visión de los astrocitos estaba evolucionando y los científicos comenzaban a considerarlos participantes activos en el procesamiento de información en el cerebro. Mientras que las neuronas y sus dendritas ramificadas a menudo se representan como árboles, los astrocitos se parecen más a un hongo, que forma una estera densamente tejida que cubre el cerebro y comparte información entre sus partes constituyentes. De esta manera, los astrocitos parecen formar una red coordinada que influye en la actividad neuronal. Por ejemplo, en 2016, mientras realizaba una investigación en neurociencia en la Universidad de California, San Francisco, Kira Poskanzer descubierto CRISPR que los astrocitos de ratón pueden hacer que las neuronas cercanas entren en un estado de sueño rítmico mediante la regulación del glutamato.

"Es menos como una célula individual haciendo lo suyo y más como parte de un equipo completo de células que trabajan juntas", dijo Poskanzer, ahora en la startup de biotecnología Arcadia Science.

Sin embargo, existe una diferencia entre absorber glutamato y realmente generar señales. Volterra creía que algunos astrocitos eran capaces de hacer esto último. Pero para demostrarlo, necesitaba evidencia de que los astrocitos pueden enviar señales y tener las herramientas adecuadas para hacerlo de manera relevante y significativa.

Una nueva clase de células cerebrales

Volterra aprovechó un nuevo enfoque para estudiar el cerebro: la secuenciación de ARN unicelular, que toma una instantánea del conjunto completo de genes activos en células individuales de todo un tejido. Revisando ocho bases de datos de células del hipocampo de ratón, identificó nueve grupos de astrocitos, que se distinguen por su actividad genética. Los astrocitos en uno, y solo uno, de los grupos transcribieron proteínas que se sabe están involucradas en el almacenamiento, liberación y transporte de neurotransmisores mediante vesículas, como ocurre en las neuronas. Las células no estaban distribuidas uniformemente en toda la región del cerebro, ni siquiera en circuitos específicos.

Para ver si las personas tienen estas células, Volterra y su equipo buscaron en tres bases de datos de células del hipocampo humano las mismas firmas de proteínas que habían visto en los astrocitos de ratón. Las firmas aparecieron en los tres conjuntos de datos.

Sin embargo, esos datos genéticos seguían siendo una prueba indirecta. Volterra necesitaba mostrar la señalización en acción. Él y su equipo simularon una señal neuronal dirigida a los astrocitos en cortes de cerebro de ratón y tomaron imágenes de las moléculas liberadas por los astrocitos. Algunos astrocitos, pero no todos, respondieron con glutamato. Y cuando los investigadores impidieron que los astrocitos usaran vesículas, las células ya no pudieron liberar glutamato.

Para Volterra, la evidencia era clara. “Teníamos razón. Hay astrocitos que liberan glutamato”, afirmó. "Pero también nos equivocamos, porque pensábamos que todos los astrocitos liberaban glutamato".

Es casi seguro que los hallazgos alteran la comprensión actual de la forma en que se comunica el cerebro, dijo Dmitri Rusakov, profesor de neurociencia en el University College de Londres que no participó en el trabajo. Pero de qué manera es una pregunta abierta.

Saber que los astrocitos pueden enviar señales es sólo el primer paso. Ese hecho no responde a cómo responden las sinapsis al glutamato astrocítico. No dice qué funciones requieren la señalización de los astrocitos en lugar de las neuronas o además de ellas. No explica por qué algunas áreas del cerebro tienen más astrocitos glutamatérgicos que otras, o por qué un subconjunto utiliza esta función mientras que el resto no.

Más bien, como todos los nuevos descubrimientos, plantea nuevas preguntas que la ciencia debe responder.

"Tenemos un conjunto importante de pruebas", dijo Rusakov. "Ahora necesitas una teoría para unirlo todo".

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