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Se descubre una neurona maestra que controla el movimiento en gusanos, importante para el tratamiento de humanos
Último revisado: 14.06.2024
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Investigadores de Sinai Health y la Universidad de Toronto han descubierto un mecanismo en el sistema nervioso del pequeño gusano redondo C. Elegans que podría tener importantes implicaciones para el tratamiento de enfermedades humanas y el desarrollo de la robótica.
El estudio, dirigido por Mei Zhen y sus colegas del Instituto de Investigación Lunenfeld-Tanenbaum, se publicó en Science Advances y revela el papel clave de una neurona específica llamada AVA para controlar la capacidad del gusano para cambiar entre avanzar y retroceder.
Para los gusanos es sumamente importante arrastrarse hacia las fuentes de alimento y retirarse rápidamente del peligro. Este comportamiento, en el que dos acciones son mutuamente excluyentes, es típico de muchos animales, incluidos los humanos, que no pueden sentarse y correr al mismo tiempo.
Los científicos han creído durante mucho tiempo que el control del movimiento en los gusanos se logra mediante acciones mutuas simples de dos neuronas: AVA y AVB. Se pensaba que la primera promovía el movimiento hacia atrás y la segunda el movimiento hacia adelante, cada una suprimiendo a la otra para controlar la dirección del movimiento.
Sin embargo, nuevos datos del equipo de Zhen desafían esta noción, revelando una interacción más compleja en la que la neurona AVA desempeña un papel doble. No sólo detiene inmediatamente el movimiento hacia adelante al suprimir el BAV, sino que también mantiene la estimulación del BAV a largo plazo para asegurar una transición suave hacia atrás al movimiento hacia adelante.
Este hallazgo resalta la capacidad de la neurona AVA para controlar con precisión el movimiento a través de diferentes mecanismos dependiendo de diferentes señales y en diferentes escalas de tiempo.
"Desde un punto de vista de ingeniería, este es un diseño muy rentable", dice Zhen, profesor de genética molecular en la Facultad de Medicina Temerty de la Universidad de Toronto. "La supresión fuerte y sostenida del circuito de retroalimentación permite a los animales responder a condiciones desfavorables y escapar. Al mismo tiempo, la neurona de control continúa suministrando gas constante al circuito de avance para moverse a lugares seguros".
Jun Meng, un ex estudiante de doctorado en el laboratorio de Zhen que dirigió el estudio, dijo que comprender cómo los animales pasan de un estado motor tan opuesto es clave para comprender cómo se mueven los animales, así como para la investigación de trastornos neurológicos.
El descubrimiento del papel dominante de la neurona AVA ofrece una nueva perspectiva sobre los circuitos neuronales que los científicos han estado estudiando desde la llegada de la genética moderna hace más de medio siglo. El laboratorio de Zhen ha utilizado con éxito tecnología avanzada para modular con precisión la actividad de neuronas individuales y registrar datos de gusanos vivos en movimiento.
Zhen, también profesor de biología celular y de sistemas en la Facultad de Artes y Ciencias de la Universidad de Toronto, enfatiza la importancia de la colaboración interdisciplinaria en esta investigación. Meng dirigió los experimentos clave, y los registros eléctricos de las neuronas fueron realizados por Bing Yu, Ph.D., un estudiante del laboratorio de Shanban Gao en la Universidad de Ciencia y Tecnología de Huazhong en China.
Tosif Ahmed, un ex becario postdoctoral en el laboratorio de Zhen y ahora becario teórico en el Campus de Investigación Janelia del HHMI en los Estados Unidos, dirigió el modelado matemático que fue importante para probar hipótesis y generar nuevos conocimientos.
AVA y AVB tienen diferentes rangos y dinámicas de potencial de membrana. Fuente: Science Advances (2024). DOI: 10.1126/sciadv.adk0002
Los resultados del estudio proporcionan un modelo simplificado para estudiar cómo las neuronas pueden orquestar múltiples funciones en el control del movimiento, un concepto que se puede aplicar a las enfermedades neurológicas humanas.
Por ejemplo, la doble función del AVA depende de su potencial eléctrico, que está regulado por canales iónicos en su superficie. Zhen ya está investigando cómo mecanismos similares pueden estar involucrados en una enfermedad rara conocida como síndrome CLIFAHDD, causada por mutaciones en canales iónicos similares. Los nuevos hallazgos también podrían informar el desarrollo de sistemas robóticos más adaptables y eficientes capaces de realizar movimientos complejos.
"Desde los orígenes de la ciencia moderna hasta la investigación de vanguardia actual, los organismos modelo como C. Elegans desempeñan un papel importante en el desbloqueo de la complejidad de nuestros sistemas biológicos", dijo Anne-Claude Gingras, directora del Instituto de Investigación Lunenfeld-Tanenbaum y vicepresidenta de investigación en Sinai Health. "Esta investigación es un gran ejemplo de cómo podemos aprender de animales simples y aplicar ese conocimiento para hacer avanzar la medicina y la tecnología".