En el cerebro, aproximadamente el 0,01 por ciento de las neuronas son responsables de la producción de dopamina
Científicos de la Escuela de Medicina de la Universidad de Harvard, en Estados Unidos, han identificado la maquinaria molecular responsable de la liberación del neurotransmisor dopamina. Las neuronas secretan dopamina de una manera rápida y espacialmente precisa a través de un número limitado de sitios especializados de liberación activa, un hallazgo que va en contra de los modelos actuales de señalización de la dopamina.
El estudio puede abrir la puerta a nuevas estrategias para dirigirse con precisión a la liberación de dopamina para el tratamiento de trastornos como la enfermedad de Parkinson y la adicción. Estudiado durante décadas por su papel crítico en el control del movimiento y las conductas de búsqueda de recompensas, el neurotransmisor dopamina ha sido el foco de numerosos esfuerzos para comprender su actividad, particularmente cuando se daña en trastornos como el Parkinson y la adicción.
Aunque los investigadores han logrado grandes avances, se sabe menos sobre los mecanismos que las células dopaminérgicas saludables emplean para liberar el neurotransmisor, una brecha que ha limitado la capacidad de los científicos para desarrollar tratamientos para una variedad de afecciones relacionadas con la dopamina. Ahora, científicos de la Facultad de Medicina de Harvard han identificado la maquinaria molecular responsable de la secreción precisa de dopamina en el cerebro.
Su trabajo, publicado en la edición digital de la revista ‘Cell’, identifica sitios especializados en neuronas productoras de dopamina que liberan la dopamina de manera rápida y espacialmente precisa, un hallazgo que va en contra de los modelos actuales de cómo el neurotransmisor transmite señales en el cerebro.
“El sistema de dopamina desempeña un papel esencial en muchas enfermedades, pero pocos estudios han planteado la cuestión fundamental de cómo las neuronas dopaminérgicas saludables liberan el neurotransmisor”, subraya el autor principal del estudio, Pascal Kaeser, profesor asistente de Neurobiología en la Facultad de Medicina de Harvard.
“Si tu automóvil se rompe y quieres arreglarlo, deseas que tu mecánico sepa cómo funciona un automóvil –explica–. De manera similar, entender mejor la dopamina en el laboratorio podría tener un tremendo impacto en la capacidad para tratar trastornos en los que la señalización de la dopamina se estropea a largo plazo”.
En el cerebro, aproximadamente el 0,01 por ciento de las neuronas son responsables de la producción de dopamina, pero controlan una amplia y diversa gama de procesos cerebrales, que incluyen el control motor, el sistema de recompensa, el aprendizaje y la memoria.
La investigación sobre la dopamina se ha centrado en su disfunción y en los receptores de proteínas que las neuronas usan para recibir dopamina, apunta Kaeser. A pesar de la importancia del neurotransmisor, los estudios sobre cómo se libera en el cerebro en circunstancias normales han sido limitados, lamenta.
Para identificar la maquinaria molecular responsable de la secreción de dopamina, Kaeser y sus colegas se centraron en las neuronas productoras de dopamina en el mesencéfalo, que están involucradas en el circuito neuronal subyacente al movimiento y la búsqueda de recompensas.
Primero buscaron zonas activas: sitios especializados de liberación de neurotransmisores ubicados en las sinapsis, las uniones que conectan una neurona con otra. Usando microscopía de súper resolución para representar imágenes de las secciones del cerebro en las que se proyectan las neuronas dopaminérgicas, el equipo descubrió que las neuronas dopaminérgicas contenían proteínas que marcan la presencia de zonas activas.
Liberación de dopamina con gran precisión espacial
Estas zonas indican que una neurona puede participar en la transmisión sináptica rápida, en la que la señal de un neurotransmisor se transfiere con precisión de una neurona a otra en milisegundos. Esta fue la primera evidencia de zonas activas rápidas en las neuronas dopaminérgicas, que anteriormente se pensaba que solo participaban en la denominada transmisión volumétrica, un proceso en el que el neurotransmisor envía señales de forma lenta y no específica a áreas relativamente grandes del cerebro.
Se encontraron zonas activas a densidades más bajas en las neuronas de dopamina que en otras neuronas, y experimentos adicionales revelaron en detalle cómo el neurotransmisor se secreta rápidamente y se reabsorbe en estos sitios. “Creo que nuestros hallazgos cambiarán nuestra forma de pensar sobre la dopamina –afirma Kaeser–. Nuestros datos sugieren que la dopamina se libera en lugares muy específicos, con increíble precisión espacial y velocidad, mientras que antes se pensaba que la dopamina se secretaba de forma lenta e indiscriminadamente”.
En otra serie de experimentos, los investigadores utilizaron herramientas genéticas para eliminar varias proteínas de la zona activa. La eliminación de una proteína específica, RIM, fue suficiente para barrer casi por completo la secreción de dopamina en ratones. RIM ha sido implicada en una variedad de enfermedades que incluyen trastornos neuropsiquiátricos y del desarrollo. Sin embargo, la eliminación de otra proteína de la zona activa tuvo poco o ningún efecto sobre la liberación de dopamina, lo que sugiere que la secreción de dopamina se basa en una maquinaria especializada única, según los autores.
“Nuestro estudio indica que la señalización de la dopamina es mucho más organizada de lo que se pensaba anteriormente”, destaca el primer autor del estudio, Changliang Liu, investigador postdoctoral en el laboratorio de Kaeser. Mostramos que las zonas activas y RIM, que están asociadas a enfermedades como la esquizofrenia y los trastornos del espectro autista en estudios genéticos humanos, son clave para la señalización de la dopamina. Estos mecanismos recientemente identificados pueden estar relacionados con estos trastornos y pueden conducir a nuevas estrategias terapéuticas en el futuro”, agrega Liu.