Ciencia y salud

Por José Antonio Lozano Teruel

Señales en el cerebro

Nuestro sistema nervioso controla y organiza las actividades de nuestras células, órganos, tejidos y cuerpo. Se calcula que el cerebro humano posee más de cien mil millones de células nerviosas o neuronas. Y cada célula nerviosa puede comunicarse (efectuar sinapsis), con miles de otras neuronas, sin necesidad de que se establezca entre ellas un verdadero contacto físico.

Para realizar ese proceso de sinapsis, una señal química (una molécula neurotransmisora) se produce y sale de la célula nerviosa considerada y es reconocida por otras neuronas receptoras, donde se transduce (una conversión de índole fisicoquímica) hasta otra forma diferente, antimateria y generalmente amplificada, de señal. Existen diversos tipos de transducción de señales entre neuronas, así como una amplia gama de neurotransmisores diferentes. Los tres nuevos Premios Nobel de Medicina del año 2000 tienen en común el haber investigado en concreto sobre un tipo de transducción lenta que opera con el neurotransmisor dopamina. Y lo interesante es que su trabajo abarca desde los aspectos más básicos a los más aplicados: descubrimiento de la dopamina como neurotransmisor, Investigación de los mecanismos moleculares de su acción, las consecuencias fisiológicas derivadas de ello (control de movimientos, o procesos de aprendizaje y memoria), su relación con alteraciones patológicas como el Parkinson y la esquizofrenia, así como el desarrollo de fármacos para mejorar las sinapsis alteradas en patologías como las señaladas anteriormente.

DOPAMINA. En los años 50 se sabía que el aminoácido fenilalanina era el inicio de una vía metabólica que lo transformaba sucesivamente hasta tirosina (p-hidroxifenilalanina), L-dopa (dihidroxifenilalanina) y dopamina, para finalizar en los neurotransmisores noradrenalina y adrenalina. El profesor Arvid Carlsson, del Departamento de Farmacología de la Universidad de Gothenburg demostró que uno de los intermedios, la dopamina era por sí misma un importante neurotransmisor, en zonas cerebrales diferentes a las de la noradrenalina, fundamentalmente en la parte del cerebro conocida como los ganglios basales, que son unas áreas neuronales específicas situadas en la base del cerebro, encargadas de la coordinación de los diferentes grupos musculares y otras funciones. Carlsson también demostró que la sustancia natural reserpina, administrada a animales de experimentación, reducía los niveles de dopamina, provocando que los animales perdiesen la capacidad de realizar movimientos espontáneos, pareciéndose su comportamiento al de los enfermos de Parkinson. Los síntomas desaparecían y los animales recobraban la normalidad cuando se les suministraba L-dopa, el precursor metabólico de la dopamina.

Los datos anteriores le llevaron a descubrir que los enfermos de Parkinson presentaban una deficiencia de dopamina en los ganglios basales, provocando un exceso de salivación, mala coordinación muscular, balance corporal defectuoso, temblores y rigidez muscular, así como el acortamiento de los músculos prevertebrales del cuello lo que inclina la cabeza y el tronco hacia delante. Consecuentemente, desde la década de los 60, se usó L-dopa para aliviar los síntomas de estos pacientes ya que la L-dopa se transforma en dopamina en los ganglios basales y sustituye al neurotransmisor deficitario, aunque tras varios años de tratamiento, la L-dopa pierde efectividad y debe ser sustituida por amantadina o bromocriptina. Por otra parte, las investigaciones del grupo de Carlsson también permitieron entender el mecanismo de otros fármacos que podían bloquear los receptores de la dopamina y, por tanto, afectar a transmisión sináptica, o que anulaban selectivamente la captación de otro neurotransmisor, la serotonina. Todo ello condujo al desarrollo y uso de varios medicamentos para el tratamiento de alteraciones psicóticas tan importantes como ciertas depresiones y esquizofrenias.

MECANISMOS. Diversos neurotransmisores como dopamina, noradrenalina, serotonina así como ciertos neuropéptidos participan en procesos sinápticos clasificados como de transmisión sináptica lenta, que son responsables de un buen número de funciones basales del sistema nervioso implicadas, por ejemplo, en los estados de humor o de vigilancia y alerta, pero que, además, también controlan a otras transmisiones sinápticas veloces que son necesarias para hablar, moverse, percibir sensaciones, etcétera.

El profesor Paul Greengard, del Laboratorio de Ciencias Moleculares y Celulares de la Universidad Rockefeller de Nueva York, ha sido el segundo de los Nobel de Medicina del año 2000. Su descubrimiento fundamental fue el de que todos esos neurotransmisores y neuropéptidos diferentes poseen un mecanismo idéntico de acción molecular para la transducción de la señal entre las neuronas. En esencia, se trata también del mismo mecanismo aplicable a muchas hormonas: el neurotransmisor (por ejemplo, dopamina) liberado por la neurona es reconocido específicamente por proteínas receptoras situadas en las membranas de las otras neuronas a las que hay que transducir la señal.

La consecuencia del reconocimiento químico específico entre neurotransmisor y receptor en la neurona receptora, es que tienen lugar una serie de acontecimientos en cascada que se inician con el hecho de que en el interior celular aumenta la concentración del denominado "segundo mensajero", el AMP cíclico. Este AMP cíclico activa a una enzima proteína quinasa-A. A su vez, esta enzima consigue fosforilar (introducir un fosfato) a determinadas proteínas de la célula nerviosa que poseen funciones muy importantes, y la realización de tales funciones depende del estado de fosforilación o no-fosforilación de las proteínas. Concretamente, algunas de ellas forman canales iónicos en las membranas de la neurona, controlando su apertura o cierre, o lo que es lo mismo, regulando la excitabilidad de la neurona y su posibilidad de enviar impulsos a lo largo de sus terminales (transmisión o no del impulso nervioso)

MEMORIA. La fosforilación de proteínas también representa un papel primordial en los descubrimientos sobre la memoria y cómo puede modificarse la eficiencia de las sinapsis, realizados por el tercero de los Nobel de Medicina de este año, el profesor Eric Kandel, del Centro de Neurobiología y Comportamiento, de la Universidad Columbia, de Nueva York. La complejidad de los modelos de animales superiores le hizo escoger para sus investigaciones a una babosa marina, la Aplysia, que solo posee 20.000 células nerviosas y que con un simple reflejo protector protege sus branquias. Ello puede ser usado para estudiar los mecanismos básicos de aprendizaje. Ciertos estímulos amplifican el reflejo protector y, dependiendo del tipo de estímulo, la amplificación puede durar poco o largo tiempo, lo que constituye un modelo de aprendizaje, pudiendo demostrar que el aprendizaje se debía a una amplificación de las sinapsis que conectan las células nerviosas sensoras con las neuronas que activan al grupo muscular protagonista del reflejo protector.

Kandel descubrió que ciertos estímulos débiles facilitan la memoria a corto plazo (minutos a horas) y que en el ámbito molecular ello está relacionado con el funcionamiento de ciertos canales iónicos que permiten la entrada de mayor cantidad de calcio al terminal nervioso, lo que provoca una mayor liberación de neurotransmisor por la neurona. Por otra parte, otros estímulos más potentes refuerzan la memoria de largo plazo, capaz de mantenerse durante semanas, siguiendo un mecanismo en el que participa el sistema del "segundo mensajero", AMP cíclico y la proteína quinasa-A. En este caso las señales llegan al núcleo de la célula y afectan al control genético, induciéndose la síntesis de ciertas proteínas mientras se reprime la síntesis de otras proteínas. El resultado final es que varían las características de la sinapsis, incrementándose su duración. Y lo interesante es que estos mismos mecanismos básicos, descubiertos en la pequeña babosa de mar, también se han encontrado en ratones, otros animales y humanos.