¿El ambiente y las relaciones sociales pueden influir en el trabajo de los genes del cerebro? Un estudio realizado con ratones ha demostrado que sí y no solamente, también ha revelado que los estímulos recibidos por el cerebro intervienen en el trabajo de los genes relacionados con la plasticidad cerebral.
Los ratones criados en entornos enriquecidos muestran mejoras de aprendizaje y memoria gracias a la activación aumentada del factor de transcripción AP-1.
La actividad física, la exploración y las interacciones sociales generan estímulos que pueden modificar la actividad de los genes relacionados con la comunicación entre neuronas y la capacidad del cerebro para adaptarse a nuevas experiencias. Ahora, un metaanálisis de investigaciones realizadas con roedores ha identificado patrones moleculares comunes asociados a este fenómeno, conocido como enriquecimiento ambiental.
El trabajo, publicado en la revista Molecular Neurobiology, analiza conjuntamente los resultados de 20 estudios y detecta cambios recurrentes en la expresión de genes relacionados con las sinapsis y la plasticidad sináptica. Entre los principales hallazgos destaca también el papel del factor de transcripción AP-1, implicado en la regulación de numerosos genes relacionados con la actividad neuronal.
La investigación está coliderada por Federico Miozzo, del Instituto de Neurociencias (IN), centro mixto del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y la Universidad Miguel Hernández de Elche (UMH), y Bartek Wilczyński, de la Universidad de Varsovia (Polonia). Los resultados refuerzan además investigaciones anteriores del equipo de Ángel Barco sobre los mecanismos moleculares que relacionan las experiencias ambientales con los cambios en el cerebro.
Cómo influye el ambiente en el cerebro
El enriquecimiento ambiental es un concepto utilizado en neurociencia para describir entornos que ofrecen a los animales más oportunidades de estimulación que las condiciones habituales. Incluye elementos como la exploración del espacio, la actividad física y la interacción con otros individuos.
Estas experiencias pueden asociarse a modificaciones en la expresión génica, es decir, en la actividad de los genes que contienen las instrucciones para producir las moléculas necesarias para el funcionamiento de las células.
Sin embargo, identificar los mecanismos moleculares que se repiten ante estos estímulos resulta complicado. Los estudios individuales suelen utilizar condiciones experimentales diferentes, lo que dificulta distinguir los cambios comunes de aquellos que dependen de las particularidades de cada experimento.
“Una de las fortalezas del metaanálisis es que, aunque los estudios presentan diferencias entre sí, analizarlos de manera conjunta aumenta el número de muestras disponibles. Esto permite detectar patrones comunes que podrían pasar desapercibidos en investigaciones individuales”, explica Federico Miozzo, investigador del laboratorio Mecanismos transcripcionales y epigenéticos de la plasticidad neuronal del IN CSIC-UMH.
Para abordar esta dificultad, el equipo recopiló inicialmente más de 300 publicaciones científicas sobre los efectos del enriquecimiento ambiental en la expresión génica del cerebro de roedores. Después de comprobar la disponibilidad de los datos necesarios, seleccionó 20 investigaciones que utilizaban secuenciación de ARN, una técnica que permite medir qué genes se expresan y en qué cantidad.
Los investigadores procesaron los datos con criterios comunes y combinaron los resultados mediante tres métodos estadísticos diferentes. El objetivo era identificar una firma molecular del enriquecimiento ambiental, es decir, un conjunto de modificaciones en la expresión de genes que aparecieran de manera consistente en los distintos experimentos.
Las conexiones entre neuronas y la plasticidad sináptica, entre los principales hallazgos
Uno de los resultados más destacados del metaanálisis es la presencia de numerosos genes relacionados con las sinapsis, las estructuras que permiten la comunicación entre neuronas.
También aparecen genes vinculados a la plasticidad sináptica, la capacidad de las conexiones neuronales para modificar su funcionamiento en respuesta a la actividad cerebral y a las experiencias. Este proceso es fundamental para la adaptación del cerebro y está relacionado con funciones como el aprendizaje y la memoria.
El análisis identifica asimismo genes de respuesta rápida a la activación neuronal, especialmente de las familias Fos y Jun. Estos genes codifican proteínas que forman parte del complejo AP-1, un factor de transcripción que regula la actividad de numerosos genes implicados en la comunicación entre neuronas y la plasticidad sináptica.
La presencia de estas señales moleculares resulta especialmente relevante porque conecta los nuevos resultados con investigaciones anteriores del Instituto de Neurociencias sobre el papel de AP-1 en la relación entre las experiencias ambientales y el funcionamiento cerebral.
El factor AP-1 refuerza su papel en la respuesta del cerebro al entorno
El complejo AP-1 está formado por proteínas que regulan la expresión de otros genes y participan en diferentes procesos celulares. Su aparición destacada en el metaanálisis refuerza la hipótesis de que desempeña una función importante en los cambios moleculares asociados al enriquecimiento ambiental.
El equipo de Ángel Barco ya había investigado este mecanismo en un trabajo publicado en Nature Communications. Aquella investigación demostró en ratones que el complejo AP-1 participa en los procesos que conectan las experiencias vividas durante las primeras etapas de la vida con cambios duraderos en las capacidades cognitivas.
El nuevo análisis amplía esa línea de investigación al identificar de nuevo este factor de transcripción en un conjunto mucho mayor de datos procedentes de diferentes estudios.
“Que aparezca de nuevo el factor de transcripción AP-1 en este análisis más amplio es importante porque refuerza y generaliza nuestros hallazgos y señala a estas proteínas como los principales reguladores de la respuesta molecular del cerebro al enriquecimiento ambiental”, señala Ángel Barco, director del laboratorio Mecanismos transcripcionales y epigenéticos de la plasticidad neuronal del IN CSIC-UMH.
Los investigadores advierten, no obstante, de que los resultados deben interpretarse teniendo en cuenta las diferencias entre los experimentos analizados. Las condiciones de los animales y los diseños experimentales introducen variabilidad, por lo que los patrones identificados no demuestran por sí solos que cada uno de los mecanismos moleculares tenga una función causal.
Además, los resultados obtenidos en roedores no pueden trasladarse directamente a las personas. Será necesario realizar nuevos estudios experimentales para determinar el papel concreto de cada mecanismo en los cambios que experimenta el cerebro.
mEEtaBrain, una herramienta abierta para explorar los genes relacionados con la plasticidad cerebral
Como complemento a la investigación, el equipo ha desarrollado mEEtaBrain, una aplicación web de acceso libre que permite consultar y explorar los resultados del metaanálisis. La plataforma permite buscar genes concretos, seleccionar diferentes regiones cerebrales y modificar los criterios de análisis para acceder a los datos que interesen a cada investigador.
“La aplicación permite navegar por los resultados en función de lo que interese a cada investigador: por ejemplo, consultar un gen determinado o centrarse en una región cerebral concreta. La idea es que los datos puedan reutilizarse y servir de punto de partida para nuevas preguntas”, explica Federico Miozzo.
La herramienta está disponible en mEEtaBrain y constituye un recurso para facilitar el acceso a los resultados y promover nuevas investigaciones sobre la expresión génica, el enriquecimiento ambiental y los mecanismos moleculares de la plasticidad cerebral.
