Estudio de neurociencia revela que puede haber un cambio en las convulsiones cerebrales

El cerebro es un instrumento de precisión. Su función depende de la actividad eléctrica finamente calibrada que desencadena la liberación de mensajes químicos entre las neuronas.

Pero a veces, el cuidadoso equilibrio del cerebro queda fuera de control, como en la epilepsia. La electroencefalografía, o EEG, visualiza la actividad eléctrica de un cerebro y puede revelar cómo un ataque epiléptico se aparta del patrón de onda predecible de la actividad cerebral típica.

Pero la medicina todavía carece de una solución para la epilepsia. Existe una posibilidad limitada de predecir una convulsión y no hay forma de intervenir incluso cuando se puede predecir. Aunque los productos farmacéuticos están disponibles para las personas que tratan la epilepsia, están cargados de efectos secundarios y no funcionan para todos.

Trabajando en un problema en mi laboratorio de neurociencia, cuando me detengo a imaginar lo aterrador que puede ser vivir con un cerebro fuera de control de esta manera, realmente me motiva. ¿Podría haber una manera de recuperar el control de estas neuronas que se han deshecho? Me he centrado en cómo un compartimento específico dentro de cada célula cerebral podría ayudarnos a hacer precisamente eso.

Un interruptor de anulación para la actividad cerebral

Desde que era estudiante de pregrado, he estado fascinado con una parte de la neurona llamada el segmento inicial del axón. Cada neurona contiene este pequeño compartimento. Es donde una neurona "decide" disparar una señal eléctrica, enviando un mensaje químico a la siguiente celda.

Aquí hay conexiones especializadas que pueden ejercer un control poderoso; pueden anular la “decisión” de la celda sobre el despido. Este mecanismo de control existe para organizar o modelar la actividad cerebral, un requisito para gran parte de nuestro comportamiento.

Por ejemplo, para conciliar el sueño, la actividad de su cerebro necesita reducirse a una lenta oscilación. Por el contrario, la concentración nítida en un problema requiere que se recoja el patrón, lo que produce una rápida oscilación. La incapacidad para producir y regular estos patrones de actividad cerebral se ha relacionado con numerosos trastornos del cerebro.

Cuando todos los segmentos iniciales del axón de numerosas neuronas reciben una señal de silenciamiento al mismo tiempo, se produce una depresión en el patrón de onda del EEG. Esto significa que aquieta la actividad del cerebro, algo que en condiciones normales sería útil cuando se mueve entre los estados despierto y despierto relajados.

Si los investigadores pudieran aprovechar el poder de estas conexiones inhibitorias, podríamos restablecer el patrón de actividad del cerebro cuando lo deseemos. Podría ser una forma de recuperar el control en un cerebro epiléptico.

Moléculas que median el mensaje

Para comenzar a entender cómo regular este poder del segmento inicial del axón, mis colegas y yo primero necesitamos entender las asociaciones moleculares en estas conexiones. Para que la inhibición sea efectiva en el segmento inicial del axón, debe haber el equipo adecuado disponible para recibir la señal. En el caso de la inhibición en el cerebro, este equipo es el receptor GABA A.

Con los colaboradores Hans Maric y Hermann Schindelin, identificamos una asociación estrecha y exclusiva entre dos proteínas: la subunidad α2 del receptor GABA A y la collybistina. Descubrir la relación cercana entre estas dos moléculas responde algunas preguntas abiertas sobre cómo las proteínas en los sitios de contacto inhibitorio podrían estar interactuando. Sabíamos que la subunidad α2 del receptor GABA A se encuentra en el segmento inicial del axón, pero los investigadores no entendieron cómo llega o se mantiene allí. Collybistin podría ser clave.

Así que ahora pensamos que estas dos proteínas podrían estar trabajando juntas en el segmento inicial del axón. Para ir más lejos, mi mentor postdoctoral Stephen Moss y yo queríamos entender qué implicaciones podría tener esto para las conexiones en el segmento inicial del axón y, en última instancia, cómo funciona el cerebro. Para intentar resolverlo, creamos una mutación genética que hizo que las dos proteínas no pudieran conectarse.

Las neuronas de ratones con esta mutación, de hecho, perdieron conexiones inhibitorias en el segmento inicial del axón. Las conexiones inhibitorias en otras partes de las células cerebrales permanecieron intactas, de nuevo apoyando la idea de que esta asociación de proteínas es exclusiva y específicamente importante en el segmento inicial del axón.

Los ratones con esta mutación experimentan convulsiones durante el desarrollo. Cuando se convierten en adultos, estos ratones ya no muestran signos de comportamiento de convulsiones. En algunas formas de epilepsia pediátrica, los niños también pueden "superar" sus ataques. Entonces, esta mutación es extremadamente valiosa para proporcionar un posible modelo para la epilepsia pediátrica humana. Esperamos que nos ayude a comprender más claramente lo que sucede en el cerebro durante la epilepsia, y también a diseñar y probar mejores terapias, como el compuesto selectivo desarrollado por AstraZeneca, cuyos científicos también contribuyeron a este proyecto.

Un paso cuantitativo pero temprano

Los neurocientíficos han especulado durante mucho tiempo acerca de la asociación entre el receptor GABA A y la collybistina. Ahora nuestros resultados, recientemente publicados en Comunicaciones de la naturaleza, definirlo cuantitativamente.

Si bien sabemos que los receptores GABA A, que responden al neurotransmisor GABA, controlan la señalización inhibitoria, todavía estamos descubriendo cómo funciona todo. La señalización de GABA es diversa, con varios tipos de conexión que ejercen un control distinto sobre la activación de la celda, algo más que debemos trabajar para comprender. Y la disfunción en la señalización de GABA está involucrada en una serie de otros trastornos del cerebro, además de la epilepsia.

El objetivo final de esta investigación es diseñar tratamientos que puedan controlar las conexiones inhibitorias en el segmento inicial del axón. Nos gustaría estar a cargo de ese interruptor, capaz de apagar el disparo neuronal fuera de control que se observa durante un ataque epiléptico.

Estoy imaginando la vida con epilepsia, y también estoy imaginando la vida sin ella.

Este artículo fue publicado originalmente en The Conversation por Rochelle Hines. Lee el artículo original aquí.