Un sensor ayuda a los científicos a espiar la actividad de la serotonina en ratones en tiempo real

POR PETER HESS

Fuente: Spectrum / 05/02/2021

Fotografía: cortesía de Elizabeth Unger y vídeo por cortesía de Chunyang Dong y Elizabeth Unger

Según un nuevo estudio, una nueva proteína modificada que brilla en presencia de serotonina permite a los investigadores rastrear los niveles y la ubicación del neurotransmisor en el cerebro de ratones vivos. Este "sensor de serotonina" podría ayudar a dilucidar el papel de la serotonina en el autismo, según los expertos.

La serotonina ayuda a regular el estado de ánimo, la circulación y la digestión, entre otras funciones. Algunas personas con autismo tienen niveles elevados de serotonina en la sangre. Otras pruebas relacionan la serotonina con el comportamiento social en ratones.

"La serotonina es tremendamente importante tanto para la investigación básica como para la salud humana. Y durante mucho tiempo, las formas de medirla han sido muy indirectas", afirma el co-investigador Loren Looger, profesor de neurociencia de la Universidad de California en San Diego. "Sólo con sensores como éste se puede seguir in vivo, lo que es fundamental".

A diferencia de otras herramientas para medir la serotonina, el sensor también puede mostrar los cambios en la actividad de la serotonina a lo largo del tiempo, lo que lo convierte en una herramienta interesante para la investigación del autismo, dice Jeremy Veenstra-VanderWeele, profesor de psiquiatría de la Universidad de Columbia, que no participó en el estudio.

"Esta herramienta permitirá comprender las relaciones entre la liberación de serotonina y los comportamientos complejos, incluso en diferentes modelos genéticos de ratón relacionados con el autismo", afirma. "Imagino que esta herramienta tendrá un uso bastante amplio".

Proteína programable

El nuevo sensor tiene su origen en uno descrito el año pasado que detecta un neurotransmisor diferente, la acetilcolina. Looger y su equipo utilizaron un algoritmo informático para rediseñar la parte de la proteína del sensor que se une a la acetilcolina, de modo que pudiera unirse a la serotonina.

Para probar el diseño, el equipo utilizó un virus hueco para insertar el gen que codifica la proteína en el estriado de los ratones. Dos semanas después, observaron cortes del cuerpo estriado -un centro de actividad de la serotonina- y vieron el brillo verde de la proteína. La estimulación eléctrica de las neuronas de las láminas para que liberen serotonina aumentó el brillo, al igual que el baño de las láminas en serotonina.

Los investigadores también inyectaron el virus transmisor de sensores en regiones del cerebro reguladas por la serotonina: la amígdala y el córtex prefrontal. Estas dos regiones procesan el miedo. El equipo entrenó a los ratones para que asociaran un sonido y una luz con una leve descarga eléctrica en el pie. Las grabaciones ópticas de las neuronas de los animales mostraron un aumento de la serotonina mientras sonaban el sonido y la luz, seguido de una fuerte caída cuando llegaba la descarga.

El brillo de la felicidad: una proteína manipulada se ilumina en el cerebro de los ratones cuando sus neuronas liberan serotonina que modifica el estado de ánimo. / Imagen por cortesía de Elizabeth Unger y vídeo por cortesía de Chunyang Dong y Elizabeth Unger

En una tercera prueba, inyectaron el sensor en estas dos mismas áreas cerebrales de los ratones, así como en el núcleo del lecho de la estría terminal, que está implicado en las respuestas al estrés y los comportamientos sociales. Las grabaciones en vivo de grupos de neuronas mostraron la liberación de serotonina en las tres áreas cerebrales durante las interacciones sociales con un ratón desconocido. Los animales que tuvieron acceso a una rueda de ejercicios durante seis semanas antes de las interacciones -una actividad conocida por aliviar el estrés- mostraron picos de serotonina aún mayores en la corteza prefrontal.

El sensor también reveló los niveles de serotonina en el cerebro de los animales, que brillaban al ritmo de los registros eléctricos de sus neuronas de serotonina: La actividad de la serotonina aumentaba cuando los animales se despertaban y disminuía cuando pasaban por ciertas etapas del sueño.

El trabajo se publicó en diciembre en Cell.

Valor traslativo

El sensor de serotonina podría ofrecer nuevas perspectivas sobre comportamientos previamente observados en modelos de ratón de autismo, dice Veenstra-VanderWeele.

Por ejemplo, para que los ratones prefieran los estímulos sociales en lugar de estar solos, deben liberar serotonina en el núcleo accumbens, un área cerebral involucrada en el procesamiento de la recompensa social, según un estudio de 2018. Aumentar artificialmente los niveles de serotonina en esta región del cerebro restablece el comportamiento social en un modelo de ratón con autismo.

El sensor de serotonina podría proporcionar a los investigadores "una oportunidad para observar el patrón real de liberación que está involucrado en la formación de ese tipo de preferencia", dice Veenstra-VanderWeele.

Los cerebros de la mayoría de los animales utilizan la serotonina de forma similar, por lo que la herramienta también podría iluminar el papel del neurotransmisor en las personas autistas y podría ayudar a allanar el camino hacia tratamientos más eficaces.

"La capacidad de detectar la serotonina en el cerebro es una herramienta realmente útil para la neurociencia traslacional", afirma Gül Dölen, profesor asociado de neurociencia en la Universidad Johns Hopkins de Baltimore (Maryland), que no participó en el trabajo. "La serotonina es un neurotransmisor evolutivamente antiguo que ha sido implicado en la codificación de comportamientos sociales en una amplia variedad de especies, lo que tiene el potencial de ser dirigido al tratamiento de las deficiencias sociales en el autismo".

Por ahora, el sensor no es sensible a las pequeñas ráfagas de serotonina, dice Looger. Su equipo tiene previsto mejorar su sensibilidad en el futuro.

TAGS: amígdala, antidepresivos, autismo, EEG, aprendizaje automático, modelos de ratón, neurotransmisores, corteza prefrontal, serotonina

https://www.spectrumnews.org/news/sensor-helps-scientists-spy-on-serotonin-activity-in-mice-in-real-time/