El nuevo "sinaptomo" mapea las conexiones neuronales en el cerebro del ratón a lo largo de la vida

Mente madura: dos proteínas sinápticas (rosa, verde) tienen distribuciones distintas en el cerebro del ratón a diferentes edades.

POR CHLOE WILLIAMS

Fuente: Spectrum / 05/08/2020

Fotografía: Spectrum

Un nuevo atlas pone de manifiesto cómo las conexiones neuronales, o sinapsis, cambian desde el nacimiento hasta la vejez en los ratones (1). El "sinaptomo" puede ayudar a los investigadores a investigar cómo las mutaciones relacionadas con el autismo afectan estas conexiones en diferentes etapas de la vida.

Las sinapsis son las uniones donde se transfiere la información entre las células, y son parte integral de funciones como el aprendizaje, el comportamiento y el movimiento. El autismo está vinculado a varias mutaciones que alteran las proteínas sinápticas.

En 2018, los investigadores crearon el primer sinaptomo del cerebro del ratón, mapeando miles de millones de sinapsis y clasificándolas en tipos basados en su tamaño, forma y composición (2). El mapa reveló que los subtipos de sinapsis tienen distribuciones distintas en el cerebro, lo que sugiere que tienen funciones específicas. Sin embargo, este sinaptomo mapeó el cerebro del ratón sólo en un punto en el tiempo.

En el nuevo trabajo, el equipo emitió de forma gráfica cinco mil millones de sinapsis en ratones de 10 edades diferentes, revelando cómo las sinapsis cambian en número, estructura y composición molecular a lo largo de la vida.

"Es la primera vez que alguien ha hecho eso en cualquier especie", dice Seth Grant, profesor de neurociencia molecular en la Universidad de Edimburgo en Escocia, quien dirigió la investigación.

Para crear el atlas, el equipo diseñó ratones para expresar marcadores fluorescentes de diferentes colores en dos proteínas - PSD95 y SAP102 – que, frecuentemente, se alinean en el extremo receptor de señales de las sinapsis excitatorias, que constituyen la preponderancia de las sinapsis en el cerebro. Las mutaciones en estas proteínas se han relacionado con el autismo, la esquizofrenia y la discapacidad intelectual.

Los investigadores tomaron imágenes cerebrales de ratones a lo largo de la vida de los animales, de 1 día a 18 meses, y grupos de las dos proteínas revelaron la ubicación de las sinapsis. Utilizaron el aprendizaje por máquina para clasificar automáticamente las sinapsis en tres tipos basados en las proteínas presentes - PSD95, SAP102 o ambas - y 37 subtipos basados en su forma y tamaño.

Ajustes de edad

La sinapsis cambia a lo largo de la vida, los investigadores publicaron en julio en Science. Estos cambios pueden dividirse en tres fases que corresponden al equivalente en ratón de la infancia y la adolescencia, la edad adulta temprana y la edad adulta tardía en las personas.

En la primera fase, desde el nacimiento hasta el primer mes de edad, la densidad de la sinapsis aumenta rápidamente. El número de sinapsis se nivela entonces en la segunda fase y, después de 6 meses, comienza a disminuir a medida que el ratón entra en la vejez.

Los tipos de sinapsis en el cerebro también se diversifican rápidamente en la primera fase. Continúan cambiando a lo largo de la vida, con tipos y subtipos de sinapsis particulares que alcanzan su máximo nivel a diferentes edades, en distintas regiones del cerebro.

De hecho, las regiones cerebrales desarrollan diferentes composiciones de sinapsis durante los primeros tres meses de vida. Esto puede explicar por qué las áreas cerebrales desarrollan funciones especializadas, dice Grant.

Sin embargo, en la vejez, las sinapsis de las regiones cerebrales empiezan a parecerse entre sí, lo que puede subyacer a los descensos en la función cognitiva y a los cambios en el comportamiento, que son típicos del envejecimiento.

La sinapsis de la vida útil, que puede ser explorada en línea, podría ayudar a los investigadores a comprender mejor por qué las mutaciones relacionadas con el autismo u otras condiciones, afectan a las sinapsis en regiones específicas del cerebro a ciertas edades, dicen los investigadores. El equipo está actualmente mapeando la sinapsis de los ratones portadores de mutaciones, para estudiar cómo las alteraciones genéticas afectan a las sinapsis a lo largo de la vida.

REFERENCIAS

1. Cizeron M. y otros. Science 369, 270-275 (2020) PubMed.

2. Zhu F. y otros. Neuron 99, 781-799 (2018) PubMed.

TAGS: autismo, imágenes cerebrales, mapeo cerebral, señales excitatorias, circuitos neurales, sinapsis, plasticidad sináptica