Las neuronas rompen su ADN cada vez que se aprende algo

Los genes de respuesta temprana son los primeros genes en expresarse en una neurona tras la recepción de un impulso nervioso. Así, la activación de estos genes resulta crítica para el correcto funcionamiento de las células nerviosas, la plasticidad de las sinapsis – puntos de contacto entre las neuronas, o entre neuronas y otros tipos celulares especializados a través de los cuales se transmite información – y, en última instancia, los procesos de aprendizaje y memoria. Un estudio dirigido por el Massachusetts Institute of Technology (MIT) revela que la rápida e intensa expresión de los genes neuronales de respuesta temprana que tiene lugar tras la estimulación nerviosa es debida a que la actividad neuronal induce la formación de roturas en el ADN en las regiones promotoras de estos genes para favorecer su expresión. Así, podríamos decir que las neuronas rompen su adn.

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Tejido cerebral mostrando axones y dendritas de las neuronas en azul. Imagen: Jason Snyder (CC BY 2.0 http://creativecommons.org/licenses/by/2.0/)

Cuando las neuronas aprenden “rompen” su ADN. Tejido cerebral mostrando axones y dendritas de las neuronas en azul. Imagen: Jason Snyder (CC BY 2.0 http://creativecommons.org/licenses/by/2.0/)

Mediante técnicas moleculares y secuenciación masiva los investigadores observaron que la estimulación de la actividad neuronal activa la formación de roturas de doble cadena en regiones concretas del ADN reguladoras de la expresión de un conjunto de genes de respuesta temprana. Estas regiones se caracterizan por la elevada presencia de sitios de unión a la proteína CTCF, capaz de formar bucles en la molécula del ADN encargados de dirigir la interacción entre diferentes regiones reguladoras de los genes.

Además, la enzima topoisomerasa IIβ – una de las encargadas de modificar la topología o conformación del ADN – es necesaria para la creación de los puntos de rotura dependientes de actividad nerviosa. La información obtenida sugiere que los puntos de rotura en el ADN y la expresión génica que se produce como consecuencia, se inician probablemente en respuesta a las restricciones topológicas marcadas por la presencia de CTCF, que impiden el reclutamiento de los elementos reguladores hacia las regiones activadoras de la expresión.

Según el modelo propuesto, la topoisomerasa IIβ contribuye a liberar las restricciones topológicas y una vez activados los genes de expresión temprana, se inicia el programa de expresión génico en la célula nerviosa necesario para que se produzcan los cambios en las sinapsis asociados a las diferentes funciones nerviosas.

Sinapsis. Imagen: National Institute on Aging [Public domain], via Wikimedia Commons

Sinapsis. Imagen: National Institute on Aging [Public domain], via Wikimedia Commons

Dada la relevancia de la formación de los puntos de rotura en el ADN que dependen de la actividad nerviosa sobre la regulación de la expresión de genes necesarios para las funciones de las neuronas, los investigadores apuntan que los resultados obtenidos en el trabajo tienen importantes implicaciones fisiológicas y patológicas. La primera cuestión al respecto es si cuando las neuronas rompen su ADN de doble cadena de forma errónea o no reparada es posible que se propicie el desarrollo de patologías neurológicas. Del mismo modo, si con la edad o debido a otros problemas patológicos disminuye la capacidad de reparación del ADN, esto podría afectar seriamente a las funciones nerviosas.

“Cuando somos jóvenes, nuestras neuronas rompen su ADN según aprendemos nuevas cosas; pero nuestras células se encuentran a su máxima capacidad de hacer esto, y pueden reparar rápidamente el daño para mantener la funcionalidad del sistema,” indica Li-Huei Tsai, director del Instituto Picower de Aprendizaje y Memoria del MIT. “Sin embargo, durante el envejecimiento, y particularmente con algunas condiciones genéticas, la eficiencia del sistema de reparación del ADN está comprometida, llevando a la acumulación de daños, y bajo nuestro punto de vista, esto podría ser muy perjudicial.”

El siguiente objetivo de los investigadores será determinar cómo se alteran los sistemas de reparación del ADN con la edad y cómo esto compromete la capacidad de las células para hacer frente a la continuada producción y reparación de los puntos de rotura por los que las neuronas rompen su adn.

Los resultados del trabajo, unidos a otros recientes estudios en los que se demostraba cómo las neuronas alteran constantemente su ADN en respuesta o para regular la actividad sináptica, evidencian que el ADN de las células nerviosas es más dinámico de lo que se pensaba y que la capacidad de reparación de las modificaciones del ADN que llevan a cabo las células nerviosas para realizar sus funciones es crítica para el correcto funcionamiento de los circuitos neuronales.

Referencia: Madabhushi R, et al. Activity-Induced DNA Breaks Govern the Expression of Neuronal Early-Response Genes. Cell. 2015 Jun 3. pii: S0092-8674(15)00622-4. doi: 10.1016/j.cell.2015.05.032.

Fuente: http://newsoffice.mit.edu/2015/dna-breakage-learning-age-related-damage-0604

 

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