Un estudio dirigido por científicos del UCL ha identificado un mecanismo clave que detecta cuándo el cerebro necesita un impulso energético adicional para apoyar su actividad en ratones y células.
Los científicos dicen que sus hallazgos, publicados en Nature, podrían informar nuevas terapias para mantener la salud cerebral y la longevidad, ya que otros estudios han encontrado que el metabolismo energético cerebral puede verse afectado en la vejez y contribuir al declive cognitivo y al desarrollo de enfermedades neurodegenerativas.
El autor principal, el profesor Alexander Gourine (UCL Neuroscience, Physiology & Pharmacology), dijo: “Nuestros cerebros están formados por miles de millones de células nerviosas, que trabajan juntas coordinando numerosas funciones y realizando tareas complejas como el control del movimiento, el aprendizaje y la formación de recuerdos. Toda esta computación es muy exigente en términos de energía y requiere un suministro ininterrumpido de nutrientes y oxígeno.
“Cuando nuestro cerebro está más activo, como cuando estamos realizando una tarea mentalmente exigente, nuestro cerebro necesita un impulso inmediato de energía, pero los mecanismos exactos que aseguran el suministro local a pedido de energía metabólica a las regiones cerebrales activas no se comprenden completamente.”
Investigaciones previas han demostrado que numerosas células cerebrales llamadas astrocitos parecen desempeñar un papel en el suministro de energía a las neuronas cerebrales. Los astrocitos, con forma de estrella, son un tipo de célula glial, que son células no neuronales que se encuentran en el sistema nervioso central. Cuando las neuronas vecinas necesitan un aumento en el suministro de energía, los astrocitos entran en acción activando rápidamente sus propias reservas de glucosa y metabolismo, lo que lleva a una mayor producción y liberación de lactato. El lactato complementa el grupo de energía que está disponible para su uso por las neuronas en el cerebro.
El profesor Gourine explicó: “En nuestro estudio, hemos descubierto cómo los astrocitos pueden monitorear exactamente el uso de energía por parte de sus células nerviosas vecinas y poner en marcha este proceso que entrega energía química adicional a las regiones cerebrales ocupadas.”
En una serie de experimentos utilizando modelos de ratones y muestras celulares, los investigadores identificaron un conjunto de receptores específicos en los astrocitos que pueden detectar y monitorear la actividad neuronal y desencadenar una vía de señalización que involucra una molécula esencial llamada adenosina. Los investigadores encontraron que la vía de señalización metabólica activada por la adenosina en los astrocitos es exactamente la misma que la vía que recluta las reservas de energía en los músculos y el hígado, por ejemplo, cuando hacemos ejercicio.
La adenosina activa el metabolismo de la glucosa en los astrocitos y el suministro de energía a las neuronas para garantizar que la función sináptica (neurotransmisores que transmiten señales de comunicación entre las células) continúe a buen ritmo en condiciones de alta demanda energética o suministro de energía reducido.
Los investigadores encontraron que cuando desactivaron los receptores de astrocitos clave en ratones, la actividad cerebral del animal fue menos efectiva, incluidas deficiencias significativas en el metabolismo cerebral global, la memoria y la interrupción del sueño, demostrando así que la vía de señalización que identificaron es vital para procesos como el aprendizaje, la memoria y el sueño.
El primer y coautor correspondiente, el Dr. Shefeeq Theparambil, quien comenzó el estudio en el UCL antes de mudarse a la Universidad de Lancaster, dijo: “La identificación de este mecanismo puede tener implicaciones más amplias, ya que podría ser una forma de tratar enfermedades cerebrales donde la energética cerebral está regulada a la baja, como la neurodegeneración y la demencia.”
El profesor Gourine agregó: “Sabemos que la homeostasis energética cerebral se deteriora progresivamente en el envejecimiento y este proceso se acelera durante el desarrollo de enfermedades neurodegenerativas como la enfermedad de Alzheimer. Nuestro estudio identifica un objetivo atractivo fácilmente farmacológicamente y una oportunidad terapéutica para el rescate energético cerebral con el fin de proteger la función cerebral, mantener la salud cognitiva y promover la longevidad cerebral.”
Los investigadores recibieron el apoyo de Wellcome y el estudio involucró a científicos del UCL, la Universidad de Lancaster, el Imperial College de Londres, el King’s College de Londres, la Queen Mary University of London, la Universidad de Bristol, la Universidad de Warwick y la Universidad de Colorado.
Revista
Naturaleza
Método de investigación
Estudio experimental
Asunto de investigación
Animales
Título del artículo
La señalización de adenosina a los astrocitos coordina el metabolismo y la función cerebral
Fecha de publicación del artículo
3-jul-2024
