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La gran aportación de Asturias para desentrañar los secretos del cerebro

Una investigación liderada por la Universidad de Oviedo logra la mejor imagen en 3D de las sinapsis (las conexiones entre neuronas), mostrando por primera vez su organización interna

Imagen en 3D de las sinapsis neuronales

Imagen en 3D de las sinapsis neuronales

Antes se creía que ciertas proteínas de las dos neuronas que conforman cada sinapsis del cerebro podían estar alineadas. Ahora no solo se confirma, sino que por primera vez se observa de forma directa. Una investigación de la Universidad de Oviedo ha obtenido la imagen en 3D más completa y detallada hasta la fecha de las sinapsis neuronales, las conexiones entre neuronas donde se produce la transferencia de información. De ahí que Antonio Martínez Sánchez, profesor del departamento de Informática y primer autor del estudio, asegure que el trabajo publicado hoy en la revista “Science Advances” suponga un “paso adelante” en el conocimiento del cerebro y, en especial, en los procesos de aprendizaje y la memoria.

El trabajo, también firmado por el Instituto Max Planck de Bioquímica de Munich (Alemania), utiliza la misma técnica que ha permitido resolver la estructura de la proteína que confiere a la covid-19 su capacidad infecciosa: la crio-tomografía electrónica. Esta tecnología, a diferencia de otras, es capaz de “preservar la estructura molecular intacta”, explica Martínez Sánchez, pero a cambio genera imágenes en 3D con mucho “ruido y difíciles de interpretar”. Tanto que requiere una especie de traducción mediante la aplicación de algoritmos específicos. Y esa es la parte más novedosa de la investigación y la gran aportación de la Universidad de Oviedo. “No es el primer estudio que aplica la crio-tomografía electrónica a sinapsis, pero sí es el primero en el que se usan unos algoritmos específicos que nos han permitido describir cuantitativamente cómo es la organización interna de las sinapsis e identificar sus elementos constitutivos”, detalla el investigador.

Imagen de una sinapsis obtenida por crio-tomografía electrónica. En el centro se aprecia un nano-columna, la maquinara encargada de liberar los neurotransmisores (verde y amarillo) se alinean con un neuroreceptor (azul).

Antes de llegar a este punto, las muestras son congeladas de manera instantánea (vitrificación) para así mantener intacta su estructura molecular y obtener imágenes tridimensionales (tomogramas) de secciones celulares completas en lugar de simples proteínas aisladas. Con todo ello, los autores del estudio han logrado mostrar por primera vez cómo son las sinapsis neuronales por dentro y a escala nanométrica (un nanómetro es un millón de veces más pequeño que un milímetro). “En lugar de estudiar proteínas aisladas, nosotros hemos conseguido analizar estructuras mucho más complejas, formadas por agregaciones de muchas proteínas”, aclara el investigador del Instituto de Investigación Sanitaria del Principado.

¿Y qué han descubierto? Que efectivamente hay nanocolumnas (es decir, alineación entre proteínas de diferentes neuronas) en las sinapsis, proporcionando también la primera descripción precisa de su estructura. “Estudios previos proporcionaban indicios de su existencia mediante el uso de observaciones indirectas. La técnica que utilizamos, que fue galardonada con el Premio Nobel de Química en 2017, permite una observación directa. Se ve cómo ciertas proteínas de la neurona transmisora interactúan selectivamente con otras de la neurona receptora formando estructuras nanométricas con forma de columna. Las nanocolumnas podrían ser las unidades funcionales básicas de la sinapsis”, explica el profesor. “Desde que Ramón y Cajal demostrara a principios de siglo pasado –continúa Antonio Martínez– que la comunicación entre neuronas se produce en las sinapsis, cualquier nueva aportación sobre su estructura y funcionamiento tiene implicaciones profundas en el entendimiento de los procesos de alto nivel que ocurren en cerebro como el aprendizaje y la memoria”.

El investigador Antonio Martínez Sánchez

El investigador Antonio Martínez Sánchez

Antonio Martínez Sánchez es murciano y llegó el pasado octubre a la Universidad de Oviedo, tras realizar una estancia postdoctoral en el Instituto Max Planck de Munich, precisamente el mismo centro con el que colabora en el trabajo. Así que “este es el primer trabajo que firmo aquí”, asegura. Martínez es profesor del Departamento de Informática de la Universidad de Oviedo e investigador del Instituto de Investigación Sanitaria del Principado de Asturias.

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