La repetición puede ser útil si intentas memorizar un poema, dominar un riff de guitarra o simplemente cultivar buenos hábitos
Sin embargo, cuando este tipo de comportamiento se vuelve compulsivo, puede obstaculizar la vida normal, un impedimento que a veces se observa en enfermedades psiquiátricas como el síndrome de Tourette y los trastornos del espectro autista. Ahora, científicos de Rockefeller han identificado un circuito cerebral que subyace a la repetición en los gusanos, un hallazgo que en última instancia puede arrojar luz sobre un comportamiento similar en los seres humanos.
Estudiando el gusano redondo microscópico C. elegans, los investigadores encontraron que los defectos en una proteína hacen que los animales se reorienten una y otra vez. Estas observaciones, descritas en Nature Communications, están respaldadas por investigaciones anteriores en ratones, y sugieren que mecanismos similares pueden conducir a un comportamiento repetitivo en una serie de animales, incluidos los humanos.
Los científicos se propusieron inicialmente entender cómo los astrocitos, células con forma de estrella que se encuentran en los cerebros de los mamíferos, ayudan a las neuronas a hacer su trabajo. Se cree que los astrocitos son responsables, entre otras cosas, de eliminar el exceso de neurosustancias en las sinapsis, las conexiones entre las neuronas. Esta tarea es vital porque si los productos químicos no se eliminan a tiempo, pueden estimular las neuronas de forma inesperada, interrumpiendo la función normal del cerebro. Para entender mejor este proceso, Menachem Katz, un investigador asociado en el laboratorio de Shai Shaham, se fijó en las células gliales CEPsh de C. elegans, de las que sospechaba que eran los equivalentes de los astrocitos en los gusanos.
Confirmando esta sospecha, Katz, Shaham y sus colegas, usaron la secuenciación del ARNm para mostrar que los astrocitos de ratón y la glía CEPsh tienen firmas genéticas similares. Entre otros puntos en común, ambos tipos de células producen la proteína GLT-1, cuya versión mamífera es la responsable de eliminar el glutamato químico de las sinapsis. Este hallazgo, dice Shaham, proporcionó a los investigadores una oportunidad única para definir cómo funcionan los astrocitos y la GLT-1.
"Los científicos han estado tratando de entender las funciones de los astrocitos durante muchos años, y en los mamíferos no es fácil porque estas células son esenciales para mantener las neuronas vivas", dice. "Pero en C. elegans solo hay cuatro células gliales CEPsh, y no son necesarias para la supervivencia de las neuronas. Esto nos permitió investigar los papeles específicos de los transportadores de glutamato, sin preocuparnos por los efectos secundarios de la enfermedad de las neuronas".
Para ello, los investigadores crearon C. elegans que carecen de GLT-1. Sorprendentemente, este agotamiento no dio lugar a la acumulación de glutamato en las sinapsis, como se esperaba. En cambio, los gusanos exhibieron oscilaciones en los niveles de glutamato en la sinapsis... y un peculiar defecto de comportamiento.
"Estos animales cambiaron de dirección a un ritmo trepidante. Siguieron avanzando y retrocediendo, avanzando y retrocediendo", dice Shaham, el profesor de la familia Richard E. Salomon. "Y cuando analizamos este comportamiento, descubrimos que lo hicieron en un patrón realmente interesante".
Gusanos repetitivos
Es perfectamente normal que los C. elegans cambien de rumbo de vez en cuando. Típicamente, el gusano se reorienta una vez cada 90 segundos. Pero los gusanos que carecen de GLT-1, según los investigadores, llevaron esta acción al extremo: en intervalos de 90 segundos los animales no ejecutaron ni una sola reversión, sino ráfagas de ellas. "Es como si una vez que empiezan la acción, no pueden dejar de repetirla", dice Katz.
Experimentos posteriores revelaron que la eliminación del receptor de glutamato MGL-2 bloqueaba tanto las reversiones repetitivas como las oscilaciones sinápticas del glutamato. Los investigadores llegaron a la conclusión de que cuando el glutamato no se elimina de forma eficiente, la sustancia química estimula el MGL-2, lo que a su vez desencadena la liberación de más glutamato. Este proceso se repite entonces en un bucle; y cada vez que se libera glutamato, se activa la neurona responsable de iniciar los cambios de orientación.
"Estos hallazgos sugieren un modelo simple de cómo puede ocurrir la repetición en los gusanos", dice Katz. "Y, resulta que este modelo puede mantenerse en sistemas nerviosos más complejos".
De hecho, experimentos anteriores han demostrado que las mutaciones del GLT-1 causan aseo repetitivo en los ratones, y que los compuestos que bloquean la versión para ratón del MGL-2 eliminan un comportamiento similar en otros contextos. Junto con los nuevos hallazgos en C. elegans, esta investigación sugiere que la secreción anormal de glutamato puede subyacer a los comportamientos repetitivos en todo el reino animal, lo que aumenta la posibilidad de que puedan ser relevantes para comprender la repetición patológica en los humanos, como en el síndrome de Tourette.
En consonancia con esta idea, los estudios de genética humana han encontrado mutaciones asociadas con la señalización del glutamato en pacientes con trastorno obsesivo compulsivo y trastornos del espectro autista, que pueden ir acompañados de comportamientos repetitivos.
"Nos entusiasmó mucho ver estos vínculos en la literatura científica porque significa que nuestros hallazgos pueden ayudar a descubrir un mecanismo plausible que subyace a una importante clase de enfermedades humanas", dice Shaham. "Y, más ampliamente, estamos mostrando que los genes candidatos afectados en las enfermedades humanas pueden ser estudiados y verificados en el gusano más simple".
