Un mecanisme genètic permet a les neurones canviar la seua identitat segons l'entorn

   VALÈNCIA, 22 Abr. (EUROPA PRESS) -

   Un estudi de l'Institut de Biomedicina de València (IBV), del Consell Superior d'Investigacions Científiques (CSIC), descriu un mecanisme genètic que permet a les neurones canviar la seua funció i comportament en resposta a l'ambient.

   Utilitzant el nematode Caenorhabditis elegans com a model, els investigadors van descobrir que un mecanisme epigenètic actua com un 'cadenat' que bloqueja la capacitat de les neurones per a captar serotonina --neurotransmissor que regula l'estat d'ànim en humans--, la qual cosa modifica la seua identitat i funcions.

   Este cadenat pot obrir-se quan l'ambient el requerix, modificant el comportament de l'animal. La troballa és "clau per a comprendre com s'adapten a l'ambient els sistemes nerviosos dels organismes i ofereix una nova via per a investigar trastorns com la depressió, l'ansietat o l'autisme", destaquen els responsables del treball en un comunicat.

   Totes les cèl·lules d'un organisme compartixen la mateixa informació genètica (ADN), a partir de la qual sorgixen els diferents tipus cel·lulars amb funcions específiques (pell, fetge, neurones...). Els gens i l'entorn interactuen per a modular les identitats i el funcionament de les cèl·lules mitjançant canvis epigenètics, un sistema que dicta a la cèl·lula com interpretar l'ADN per a funcionar d'un mode concret.

   Ara, el treball publicat en Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) descriu com este mecanisme regula la resposta al neurotransmissor serotonina en un senzill model animal, aconseguint canviar la identitat de les neurones i el seu comportament mitjançant xicotets canvis en els gens en resposta a l'ambient.

   El treball utilitza un xicotet cuc nematode (Caenorhabditis), un 'laboratori vivent' molt usat en biologia i biomedicina per a entendre com funciona el sistema nerviós: té 302 neurones, identificades una a una. En el laboratori que dirigix Núria Flames en l'IBV-CSIC van analitzar un tipus concret de neurona d'aquest animal (VC), que mostra indicis d'una cosa inesperada: captar serotonina, neurotransmissor implicat en la conducta i estats interns de l'animal.

   "En l'espècie Caenorhabditis elegans, les neurones d'identitat VC tenen el potencial de captar serotonina, però no el fan perquè hi ha una repressió per mecanismes epigenètics", explica la investigadora del CSIC. "Un mecanisme anomenat metilació d'histones actua com un cadenat que bloqueja el gen mod-5/SERT, encarregat de captar serotonina del mitjà. Per això estes neurones no mostren un fenotip serotonèrgic [firma biològica que permet a una neurona captar serotonina]", continua Flames.

   L'equip d'investigació va comprovar que en diverses espècies del gènere Caenorhabditis, el cadenat s'ha trencat durant l'evolució. "Estes espècies han adquirit un nou 'potenciador' --enhancer, en anglés-- que activa el gen mod-5/SERT en les neurones VC, escapant a la repressió epigenètica i permetent-los captar serotonina de manera intensa i estable", descriu Flames.

   A més, n'hi ha prou amb traslladar eixe potenciador a altres espècies com a C. elegans perquè les seues neurones VC activen el gen mod-5/SERT. "Una única peça reguladora és suficient per a canviar la identitat i funció de les neurones", resumix la investigadora del CSIC.

   Per a sorpresa de l'equip, en algunes espècies este canvi també es produïx si el requerix l'ambient on habita el cuc. "Encara que, en condicions normals, les neurones VC de C. elegans reprimixen la recaptació de serotonina, en condicions concretes, el cadenat epigenètic s'obri i estes neurones es tornen serotoninèrgiques, la qual cosa canvia el comportament de posada d'ous. La seua identitat neuronal té, per tant, un caràcter plàstic, depén de l'ambient", revela Andrea Millán Trejo, científica de l'IBV-CSIC i de la unitat associada de l'IBV amb el Centre d'Investigació Príncep Felip (CIPF) que figura com a primera autora del treball.

MODEL ANIMAL

   L'ús d'este model animal simple permet estudiar la plasticitat i evolució d'identitats cel·lulars connectant tres nivells: regulació de gens (ADN), identitats de neurones (cèl·lules) i comportament (organisme). A més, mostra que no tot depén de mutacions grans de tot el genoma: xicotets canvis en la regulació de gens poden tindre efectes importants.

   Això explicaria altres possibilitats de l'evolució de les espècies, que es produiria no sols per canvis genètics a l'atzar, sinó també per respostes flexibles a l'entorn que després poden tornar-se permanents. Esta és la base de l'assimilació genètica, una teoria proposada en la dècada de 1950 que fins ara comptava amb escassa evidència experimental sobre els seus possibles mecanismes moleculars.

   Segons esta teoria, una resposta adaptativa i plàstica provocada per l'ambient acaba, després de diverses generacions, gravant-se en l'ADN i manifestant-se de manera hereditària sense necessitat de l'estímul extern original.

ENTORN I MALALTIA MENTAL

   Així, l'estudi revela mecanismes de plasticitat neuronal que podrien ser comunes en animals més complexos. En este sentit, "el gen equivalent a mod-5/SERT en humans està implicat en depressió, ansietat o autisme", explica Núria Flames.

   "Entendre com la seua expressió pot ser suprimida o activada epigenèticament podria il·luminar mecanismes presents en el nostre propi cervell i contribuir a comprendre com l'entorn influïx en la vulnerabilitat a malalties mentals", avança.

   A més, explicar com sorgixen noves funcions en cèl·lules i organismes pot ajudar a entendre millor la diversitat dels sistemes nerviosos. Mostra com els éssers vius poden adaptar-se a canvis ambientals com la presència de substàncies químiques, la qual cosa podria aplicar-se a l'estudi de la resposta d'organismes a canvis ecològics a causa del canvi climàtic.

   També pot inspirar maneres de controlar gens de manera flexible, activant-los o desactivant-los segons l'entorn, o utilitzar-lo com a estratègia de control de cucs paràsits en agricultura, ramaderia i biomedicina.