Un estudio liderado por la Universidad de Barcelona y el Instituto de Investigación Biomédica de Bellvitge (IDIBELL) ha identificado mecanismos moleculares fundamentales que permiten comprender cómo el cerebro almacena y actualiza rápidamente la información, un proceso esencial para el funcionamiento de la memoria de trabajo.
La investigación, publicada en la revista científica Cell Reports, describe una ruta molecular decisiva para el correcto funcionamiento de esta capacidad cognitiva. Los hallazgos sugieren que alteraciones en esta vía pueden afectar la función cerebral y contribuir a dificultades cognitivas.
El estudio fue liderado por el investigador Francisco José López‑Murcia, responsable del grupo de Neurobiología Celular y Molecular del IDIBELL y profesor de la Facultad de Medicina y Ciencias de la Salud y del Instituto de Neurociencias de la universidad. También participó el equipo del científico Nils Brose, del Instituto Max Planck de Ciencias Multidisciplinares, en Alemania.
Una proteína clave para la comunicación neuronal
La memoria de trabajo permite retener información de forma temporal para comprender datos, aprender y tomar decisiones. Este proceso depende en gran medida de la comunicación entre neuronas, que ocurre en puntos de contacto llamados sinapsis, donde se liberan neurotransmisores cuando llega un impulso eléctrico.
Los investigadores identificaron que la proteína Munc13-1 desempeña un papel esencial en este proceso, ya que prepara las vesículas sinápticas —pequeños sacos donde se almacenan neurotransmisores— para su liberación durante la transmisión neuronal.
El equipo comprobó que el funcionamiento adecuado de esta proteína depende de señales de calcio, que regulan su actividad a través de dos vías moleculares complementarias: la vía calcio-fosfolípidos y la vía calcio-calmodulina. Alteraciones en estos mecanismos, especialmente en regiones cerebrales como el hipocampo, pueden afectar el rendimiento de la memoria de trabajo.
El papel del calcio en el fortalecimiento de las sinapsis
Para analizar este fenómeno, los científicos estudiaron sinapsis del hipocampo en modelos animales con estas vías de señalización alteradas. Los resultados mostraron que cuando la proteína Munc13-1 no detecta correctamente las señales de calcio, las sinapsis pierden parte de su capacidad para fortalecerse temporalmente durante la actividad neuronal repetida, lo que reduce la eficacia en la transmisión de la información.
Este fortalecimiento sináptico temporal es crucial para el procesamiento cognitivo, ya que las neuronas suelen comunicarse en ráfagas de actividad que aumentan momentáneamente la eficiencia de la transmisión neuronal.
Según explicó López-Murcia, cuando este proceso falla no solo se producen alteraciones a nivel celular, sino también cambios en el comportamiento.
Evidencia en pruebas de memoria
Para evaluar las consecuencias funcionales de estas alteraciones, los investigadores analizaron el desempeño de los modelos animales en una prueba de memoria de trabajo espacial utilizando un laberinto radial de ocho brazos.
Los ratones con alteraciones en las vías de señalización del calcio mostraron déficits evidentes en la memoria de trabajo, como regresar repetidamente a lugares donde ya habían obtenido recompensas, lo que refleja dificultades para actualizar la información almacenada temporalmente.
Implicaciones para enfermedades neurológicas
Los resultados del estudio sugieren que la memoria de trabajo podría depender no solo de una activación sostenida de las neuronas, sino también de cambios transitorios en la transmisión sináptica que permiten retener información durante cortos periodos de tiempo.
Además, los investigadores destacan el papel central de la proteína Munc13-1 en la adaptación de las sinapsis durante picos de actividad neuronal, un proceso clave para el funcionamiento del hipocampo.Estudios previos ya habían identificado mutaciones en el gen humano UNC13A, responsable de codificar esta proteína, asociadas a diversos síntomas neurológicos, incluida la discapacidad intelectual. Por ello, los nuevos hallazgos refuerzan la importancia de esta proteína en el mantenimiento de una función cerebral saludable y su posible relevancia en trastornos del neurodesarrollo.
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