El gusano Caenorhabditis elegans tiene 302 neuronas (verdes) que los investigadores pueden estudiar utilizando herramientas como marcadores fluorescentes. Crédito: Heiti Paves/Biblioteca de fotografías científicas
Wi-Fi neuronal: primer mapa de señales nerviosas inalámbricas presentado en gusanos
Los estudios encuentran una red densamente conectada de neuronas que se comunican a largas distancias, en lugar de a través de sinapsis.
Claudia López Lloreda
La idea de que el sistema nervioso pasa mensajes de una célula nerviosa a otra sólo a través de sinapsis (los puntos donde las células se conectan de un extremo a otro) está cambiando. Dos estudios muestran cómo los mensajes pueden pasar entre células a distancias más largas, a través de una red nerviosa "inalámbrica" en el gusano Caenorhabditis elegans.
Los investigadores no habían apreciado el alcance de esta comunicación inalámbrica, que ocurre cuando una molécula llamada neuropéptido es liberada por una neurona e interceptada por otra a cierta distancia. Los nuevos estudios, publicados en Nature1 y Neuron2, trazan por primera vez toda la red de comunicación de neuropéptidos en un organismo modelo. "Sabíamos que existían estas conexiones químicas, pero este es probablemente el estudio más completo realizado en todo un sistema nervioso", afirma Gáspár Jékely, neurocientífico de la Universidad de Heidelberg en Alemania, que no participó en el trabajo. Y lo que la investigación muestra, añade, es que “no se trata solo de las sinapsis”.
Creadores de mapas
Previamentelos investigadores habían elaborado mapas de cableado anatómico (conectomas) que mostraban cómo todas las neuronas de la mosca de la fruta (Drosophila melanogaster) y de C. elegans están unidas por sus sinapsis. Sin embargo, William Schafer, neurocientífico del Laboratorio de Biología Molecular del MRC en Cambridge, Reino Unido, se preguntó sobre el papel de los neuropéptidos, que se habían considerado meros ayudantes en los mensajes del sistema nervioso. “Cuando comencé a hablar de esto”, dice, “algunas personas se preguntaban: ¿Es todo una especie de sopa?donde los neuropéptidos flotan aleatoriamente de una neurona a la siguiente,”“o realmente se puede pensar en ello como una ¿red?"
Él y sus colegas analizaron qué neuronas del sistema nervioso de C. elegans expresaban genes para ciertos neuropéptidos y cuáles expresaban genes para los receptores de esos neuropéptidos. Utilizando estos datos, el equipo predijo qué pares de células nerviosas podrían comunicarse de forma inalámbrica. Sobre la base de estos resultados, los investigadores generaron un mapa potencial de conexiones inalámbricas en el gusano, encontrando una conectividad densa que se ve muy diferente del diagrama de cableado anatómico de C. elegans. Publicaron sus hallazgos en Neuron2 la semana pasada.
De forma independiente, un equipo liderado por Andrew Leifer, neurocientífico de la Universidad de Princeton en Nueva Jersey, se dedicó a estudiar cómo viajan las señales a través de C. elegans midiendo la actividad neuronal, lo que reveló el aporte de esta red inalámbrica. El equipo utilizó la optogenética, una técnica que utiliza la luz y proteínas sensibles a la luz para activar las células nerviosas para que envíen "mensajes" eléctricos. Una por una, los investigadores activaron cada una de las 302 neuronas de C. elegans y luego tomaron imágenes de cómo las señales se propagaban de una neurona a la siguiente.
Los investigadores utilizaron la optogenética para estimular cada una de las neuronas de C. elegans (que se muestran aquí en forma de cruz) y luego observaron cómo la señal eléctrica se propaga a otras células nerviosas (parpadeo rojo). Crédito: Francesco Randi, Universidad de Princeton.
El mapa de actividad que crearon no siguió lo que habrían predicho para C. elegans basándose únicamente en su conectoma estándar, y sospecharon que la comunicación neuropeptídica era la pieza que faltaba. Entonces produjeron un gusano modificado genéticamente que carecía de una proteína crucial para este tipo de señalización, y vieron que cuando intentaron activar las células del gusano con optogenética, muchas de ellas permanecían en silencio. Esto sugiere que la comunicación inalámbrica en el gusano activa directamente las neuronas.
Cuando los investigadores desarrollaron un modelo para describir la actividad neuronal en C. elegans, descubrieron que uno que incorporaba conexiones sinápticas por cable y señalización inalámbrica predecía mejor cómo viajaban las señales en el gusano que las conexiones sinápticas solas. El equipo publicó sus resultados en Nature 1 a principios de este mes y los presentó en la reunión de la Sociedad de Neurociencia en Washington DC el 14 de noviembre.
Una vista completamente nueva
"Fue sorprendente ver cuánta comunicación [de neuropéptidos] puede realmente conducir a la activación directa de las neuronas", dice Francesco Randi, primer autor del artículo de Nature, quien llevó a cabo el trabajo mientras estaba en Princeton.
“Se pensaba que la red de neuropéptidos ayudaba a la señalización sináptica", sostiene Isabel Beets, neurocientífica de la Universidad Católica de Lovaina en Bélgica y autora del estudio de Neuron. “Pero la extensa escala de este mapa de señalización muestra que es igualmente importante, complejo y tal vez incluso más diverso que la red de señalización sináptica".
Medicamentos como el popular tratamiento para bajar de peso Semaglutida (Wegovy) pueden activar los receptores de neuropéptidos en el cuerpo, por lo que es importante comprender esta red inalámbrica, dice Schafer. El próximo paso de Schafer y sus colegas será realizar estudios similares en otros organismos, con el objetivo de comprender cómo la red de neuropéptidos, en combinación con la red sináptica "cableada", contribuye al comportamiento de un organismo. Una técnica publicada en Science3 la semana pasada que permite a los investigadores visualizar dónde se unen los neuropéptidos a sus receptores podría ayudar en esta búsqueda. Debido a que los neuropéptidos se conservan en todas las especies, algunos investigadores sospechan que esta red podría ser similar a la de otros organismos, incluidos los humanos.
“Los dos artículos son hermosos ejemplos de cómo aprovechar un organismo simple y bien estudiado con muchas herramientas moleculares y genéticas para comenzar a aprender lecciones que estoy 100% seguro que se aplicarán a todos los animales”, dice Stephen Smith, neurocientífico del Instituto Allen en Seattle, Washington.
Los investigadores esperan que los hallazgos impulsen a otros a pensar de manera diferente sobre cómo surgen las dinámicas neuronales. “Creo que tenemos que alejarnos de la visión del sistema nervioso basada únicamente en las sinapsis”, dice Jékely. “Eso simplemente no va a funcionar”.
doi: https://doi.org/10.1038/d41586-023-03619-w
Referencias
1.Randi, F., et al. Nature 623, 406–414 (2023). Artículo
2.Ripoll-Sánchez, L. et al. Neuron 111, 3570–3589 (2023). Artículo
3.Wang, H. y col. Science 382, eabq8173 (2023). Artículo
