Un estudio con ratones descubre un mecanismo que interviene en la recuperación
Biólogos de la Universidad de California en San Diego (EE.UU.) han descubierto que las mismas señales que desarrollan el sistema nervioso intervienen en la recuperación después de una lesión traumática, y que manipulándolas se puede mejorar la recuperación. El estudio se ha realizado en ratones.
Axones de la corteza motora creando nuevos circuitos en la médula espinal dañada. Imagen: Hollis et al. Fuente: Nature Neuroscience.
Neurobiólogos de la Universidad de California en San Diego (EE.UU.) han descubierto cómo las señales que orquestan la construcción del sistema nervioso también influyen en la recuperación después de una lesión traumática. También han encontrado que manipulando estas señales pueden mejorar y acelerar la recuperación.
La mayoría de las personas que sufren lesiones traumáticas tienen lesiones en los circuitos neuronales, cuyo funcionamiento puede ser restaurado parcialmente mediante la reconfiguración de los circuitos con rehabilitación. Pero los mecanismos no están bien comprendidos.
En la edición de esta semana de la revista Nature Neuroscience, los biólogos de UC San Diego informan de que la eliminación del gen que codifica Ryk, un receptor de la superficie celular que señaliza proteínas que controlan el cableado del sistema nervioso en desarrollo, mejora la capacidad de los ratones adultos para remodelar sus circuitos neuronales para la recuperación del control de la motricidad fina después de una lesión de la médula espinal.
«Nuestro nuevo estudio proporciona la primera evidencia genética de que esas proteínas de señalización, importantes en el cableado del sistema nervioso en desarrollo, tienen una profunda influencia en la forma en que el centro de los axones del sistema nervioso responde a la lesión de la médula espinal», dice Yimin Zou, profesor de la Sección de Neurobiología, que dirigió el estudio. «Esto sugiere que muchas otras señales de orientación, además de estas proteínas de señalización, pueden también jugar un papel en la reparación de la médula espinal adulta. Esto abre nuevas oportunidades para aplicar lo que hemos aprendido en el desarrollo del sistema nervioso para tratar la parálisis en la edad adulta».
Estas proteínas de señalización, o «Wnts,» juegan un papel importante en la comunicación célula-célula. En el desarrollo del sistema nervioso, determinan en qué tipos de células nerviosas se acaban convirtiendo las neuronas jóvenes y la forma en que se organizan espacialmente.
Zou y sus colegas del laboratorio descubrieron hace más de una docena de años que los gradientes de proteínas Wnt en el embrión en desarrollo también guían el crecimiento de los axones, las fibras nerviosas que conectan las células nerviosas en la red altamente organizada de los circuitos neuronales.
También descubrieron que los Wnts y sus receptores no se expresan o se expresan en niveles muy bajos en la médula espinal adulta y la corteza motora del cerebro. Pero en los ratones que sufrieron una lesión en la médula espinal, descubrieron que las proteínas Wnt reaparecieron alrededor de la zona lesionada de la médula espinal, mientras que el receptor para las proteínas Wnt, Ryk, apareció en las neuronas de la corteza motora que proyectan axones hacia la médula espinal para controlar el movimiento del cuerpo.
Ratones
Para dilucidar el papel de las proteínas Wnt en la reparación de la médula espinal, los científicos desarrollaron una cepa de ratones que les permitió eliminar Ryk de la corteza motora del ratón adulto.
«De esta manera, los animales pueden desarrollarse con normalidad», dice Zou. «Y podemos acceder al papel de Ryk en la edad adulta para ver si inhibe la regeneración del axón después de la lesión.»
Usando esta cepa de ratones y un grupo de control normal, los científicos lesionaron la columna posterior -la materia blanca del interior de la médula espinal- en la ubicación C5 de la columna vertebral para imitar una lesión parcial de la médula espinal en los ratones. Esto cortó sus axones motores y sensitivos, pero dejó la materia gris y el resto de la materia blanca intactos dentro de sus médulas espinales.
«Al igual que las personas con una lesión medular parcial, la función sensorial y motora en ratones pueden recuperarse parcialmente con rehabilitación», dice Zou en la información de UC San Diego.
«Utilizamos una tarea especial para poner a prueba la capacidad de los animales para usar la corteza motora para controlar el movimiento complejo. Los ratones normalmente no utilizan su pata delantera para coger bolitas de comida. Sin embargo, pueden ser entrenados para aprender esta tarea, que depende de la corteza motora. Después del entrenamiento, lesionamos selectivamente la fibra nerviosa que envía comandos al control motor fino (el tracto cortiospinal, que son las fibras descendentes de la columna dorsal) y observamos cómo se recupera el control motor fino con el entrenamiento de rehabilitación».
Resultados
Después del entrenamiento, los científicos descubrieron que los ratones que carecen de Ryk se recuperaron significativamente mejor un mes después de la lesión y se mantenían mejor en los meses siguientes.
«Hemos encontrado que la manipulación de Ryk no sólo mejora los resultados de la recuperación funcional, sino que también la acelera», dice Zou. «Si esto se puede lograr en los seres humanos, mejoraría significativamente la recuperación y la calidad de vida de las personas con lesiones parciales de la médula espinal.»
Los investigadores también generaron un anticuerpo monoclonal que bloquea la función del receptor de Wnt, Ryk. Este anticuerpo mejoró significativamente la recuperación de la motricidad fina en ratas con la misma lesión de la médula espinal medida con la misma tarea de alcanzar y agarrar. También participó en el estudiola Escuela de Medicina Johns Hopkins (Baltimore, EE.UU.).
Referencia bibliográfica:
Edmund R Hollis, Nao Ishiko, Ting Yu, Chin-Chun Lu, Ariela Haimovich, Kristine Tolentino, Alisha Richman, Anna Tury, Shih-Hsiu Wang, Maysam Pessian, Euna Jo, Alex Kolodkin, Yimin Zou: Ryk controls remapping of motor cortex during functional recovery after spinal cord injury. Nature Neuroscience (2016). DOI: 10.1038/nn.4282