La interferencia genética del autismo silencia la memoria del canto en las aves

Volumen bajo: la reducción de la expresión del gen FOXP1 dificulta el aprendizaje del canto en los pinzones cebra jóvenes y el desarrollo del lenguaje en algunos niños autistas. / natian / Adobe Stock

POR SARAH DEWEERDT

Fuente: Spectrum / 19/02/2021

Fotografía:natian / Adobe Stock

Según un nuevo estudio, la expresión de un gen relacionado con el autismo en el cerebro de los jóvenes pinzones cebra, hace que no puedan aprender las canciones de los pájaros adultos. Pero no altera su capacidad para practicar y perfeccionar melodías previamente memorizadas.

El gen, FOXP1, pertenece a una familia de genes que regulan la expresión de otros genes y dan forma al desarrollo del sistema nervioso y del lenguaje. Las personas a las que les falta una copia de FOXP1 presentan deficiencias del lenguaje y discapacidad intelectual; las que tienen mutaciones en el gen suelen tener rasgos de autismo.

"Nuestro objetivo general era intentar comprender si podíamos utilizar a los pájaros cantores como sistema modelo para entender cómo los genes asociados al [autismo] pueden influir en la transmisión de comportamientos de una generación a otra", dice el líder del estudio, Todd Roberts, profesor asociado de neurociencia en el Centro Médico Southwestern de la Universidad de Texas en Dallas.

Los pájaros cantores, como los pinzones cebra, aprenden a cantar imitando a los pájaros adultos, del mismo modo que los niños pequeños aprenden el lenguaje y las habilidades sociales imitando a sus cuidadores, un proceso que se ve alterado en el autismo.

Este aprendizaje implica la formación de un recuerdo -de un motivo de la canción, una palabra o un comportamiento social, como saludar con la mano- y luego la práctica de ese riff o acción memorizados para perfeccionarlos. El nuevo estudio sugiere que FOXP1 desempeña un papel en el primer paso de ese proceso.

"Esto demuestra que podemos empezar a desentrañar estos diferentes aspectos del aprendizaje", afirma Roberts.

Otras investigaciones han descubierto que la desactivación de la actividad de otro gen relacionado con el autismo, el CNTNAP2, en las regiones cerebrales relacionadas con el canto también perjudica la capacidad de los pinzones cebra para aprender canciones. El FOXP2, un gen estrechamente relacionado con el FOXP1, también interviene en el aprendizaje del canto en estas aves.

Pero se sabe relativamente poco sobre el papel de FOXP1 en el aprendizaje vocal, dice Jon Sakata, profesor asociado de biología en la Universidad McGill de Montreal (Canadá), que no participó en el trabajo. "Creo que el diseño experimental y los resultados son bastante convincentes con respecto al aprendizaje".

Consejos sobre el tiempo

Roberts y su equipo diseñaron una molécula que bloquea parcialmente la expresión de FOXP1 y la inyectaron en el cerebro de pinzones cebra machos a los 35 días de vida, una edad en la que los pájaros suelen dedicarse a memorizar canciones.

Los investigadores dirigieron las inyecciones a una zona denominada HVC, que se corresponde aproximadamente con ciertas regiones de la corteza cerebral humana relacionadas con el habla y que desempeña un papel clave en el aprendizaje y la producción de canciones en los pájaros cantores.

Las células de toda la HVC expresan FOXP1, especialmente las neuronas que conectan con otra región del cerebro relacionada con el canto llamada área X. Las aves tratadas con la molécula bloqueadora de FOXP1 tenían aproximadamente la mitad de la cantidad normal de proteína FOXP1 en estas neuronas.

Roberts y sus colegas esperaban que esta escasez de proteína FOXP1 dificultara la fase de práctica y perfección del aprendizaje del canto, basándose en investigaciones anteriores. Sin embargo, el equipo descubrió que los pájaros que habían oído cantar a los adultos antes de que se interrumpiera la proteína FOXP1, crecieron cantando las canciones típicas de los pinzones cebra.

"Esto nos sorprendió mucho", dice Roberts.

Así que los investigadores recurrieron a pinzones cebra criados en aislamiento sin la oportunidad de memorizar el canto de los adultos. Inyectaron a estos pájaros el bloqueador FOXP1 y luego los pusieron en una jaula con un "tutor" adulto.

"Fue una especie de último esfuerzo en el proyecto", dice Roberts. "Y entonces fue cuando vimos este enorme efecto".

Los pájaros cuya expresión de FOXP1 se redujo antes de escuchar el canto de un tutor crecieron cantando canciones variables y desorganizadas, muy parecidas a las de los pájaros adultos que nunca escucharon el canto de los pájaros adultos durante su juventud.

Los resultados sugieren que FOXP1 "tiene un efecto muy específico, justo en la capacidad de codificar recuerdos del modelo social que se quiere imitar", dice Roberts. El estudio apareció el 3 de febrero en Science Advances.

El nuevo estudio no aborda el papel de FOXP2 en el proceso de memorización de canciones, dice Gudrun Rappold, genetista de la Universidad de Heidelberg (Alemania), que no participó en el trabajo. Las proteínas codificadas por FOXP1 y FOXP2 forman complejos entre sí, y ambas interactúan con CNTNAP2. Según Rappold y Sakata, en el futuro habrá que averiguar cómo interactúa FOXP2 con FOXP1 en el CVH cuando los pájaros están formando recuerdos de la canción de un tutor.

Bloqueo del estallido

Roberts y su equipo también investigaron cómo la expresión amortiguada de FOXP1 afecta a la actividad cerebral cuando los pájaros escuchan la canción de un tutor.

Descubrieron que la escasez de proteína FOXP1 hacía que las neuronas que unen la CVH y el área X fueran menos excitables de lo normal, mientras que estas neuronas suelen ser más excitables cuando un pájaro se expone por primera vez a la canción de un tutor. También alteró la organización de la actividad neuronal en "ráfagas", algo que suele ocurrir cuando las aves escuchan por primera vez el canto de un tutor.

La exposición al canto de los pájaros adultos también aumenta normalmente la abundancia de receptores AMPA en relación con los receptores NMDA en las neuronas HVC. Pero este cambio no se produjo en las aves expuestas al bloqueador FOXP1 antes de escuchar el canto de un tutor.

Por último, la escasez de FOXP1 ralentizó el recambio de las espinas dendríticas, protuberancias implicadas en la recepción de los mensajes enviados entre las neuronas, un proceso que se sabe que ayuda a las aves a aprender las canciones de los tutores.

"Todos estos son correlatos muy clásicos y fuertes del aprendizaje y la formación de la memoria", y todos se ven interrumpidos por la pérdida de FOXP1, dice Roberts.

La amortiguación de FOXP1 en el HVC no afecta sólo a las neuronas que se conectan al área X, dice Sakata. Por tanto, otras neuronas de la CVH también podrían ser importantes para la codificación de los recuerdos del canto, al igual que FOXP1 en otros circuitos cerebrales. Por ejemplo, la interferencia con FOXP1 en el área X también perjudica el aprendizaje del canto en los pinzones cebra, según otras investigaciones.

Roberts tiene previsto realizar experimentos similares en otras regiones cerebrales implicadas en el aprendizaje y la producción de canciones.

TAGS: autismo, expresión genética, lenguaje, vocalización

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