• By Sharon Theimer

Señales del calcio en la microglía: ¿cuáles son las implicaciones para las enfermedades cerebrales?

September 17, 2020
illustration of neurons

El calcio ayuda a que nervios y músculos se “enciendan” para enviar señales a las células a fin de ordenarles que hagan algo, como contraer un músculo o liberar un neurotransmisor en el cerebro. Sin embargo, en un tipo de células cerebrales, la microglía, da la impresión de que estas señales del calcio están ausentes. Desde hace tiempo, los científicos se preguntan por qué parece que la microglía no cuenta con las señales del calcio; pero ahora, con una publicación reciente en la revista eLife, los científicos de Mayo se basan en un modelo animal para aclarar que sí lo hace… aunque no siempre.

Los autores informan que las señales del calcio en la microglía son de alta potencia en momentos de mucha actividad, como durante una convulsión, igual que en momentos de baja actividad, como durante la anestesia o el sueño. Este descubrimiento puede tener implicaciones para trastornos neurológicos, como epilepsia, dolor, neurología autoinmuniaria y enfermedades neurodegenerativas.

“En la comunidad de las ciencias básicas, existe cierta perplejidad ante la casi constante falta de señales del calcio demostrada por la microglía, pese a ser un sistema crucial en prácticamente todas las células del cerebro. Este trabajo plantea que las señales en la microglía no son tan latentes, sino que, en realidad, sirven de un modo fundamentalmente diferente a los de otros tipos de células, como una firma única de los cambios en el estado cerebral”, señala el neurocientífico de Mayo Dr. Long-Jun Wu, autor experto del trabajo.  

Mouse neuron activity

En un ratón despierto y bajo actividad cerebral normal, los picos de la actividad del calcio en las neuronas (izquierda) son más frecuentes que en las señales del calcio en la microglía (derecha). Eso fue lo que llevó a pensar que la microglía rara vez usaba las señales del calcio, cosa que los investigadores de Mayo demuestran que es falso.

Sin embargo, se puede entender por qué los investigadores anteriormente pensaban eso: los picos que aparecen sobre el lado derecho (señales del calcio en la microglía) son más pequeños que los de las neuronas que se muestran sobre el lado izquierdo. El descubrimiento fue posible gracias a la mayor sensibilidad de un indicador del calcio que se expresaba genéticamente en la microglía. Eso permitió a los investigadores observar la actividad del calcio en la microglía en ratones despiertos, mediante un microscopio de dos fotones y no solamente con las imágenes tradicionales de tejido fijo que son similares a una foto instantánea. Después de que los ratones se recuperaron del experimento, se obtuvo nuevamente imágenes de los mismos grupos celulares.

Conjuntamente con este laboratorio y el equipo que incluyó a un experto en epilepsia, el Dr. Gregory A. Worrell, los científicos empezaron a entender que las convulsiones llevan a una elevación importante del calcio en las neuronas. A través de un ratón de laboratorio y durante una convulsión prolongada (una que dura más de 5 minutos, o cuando las convulsiones suceden tan rápido que la persona es incapaz de recuperar el conocimiento entre una y otra), los científicos informaron que las señales del calcio de la microglía mostraron picos 10 veces más altos que el nivel previo a la convulsión. Ese nivel alto se mantuvo durante días o semanas después de la convulsión prolongada, conocida como estado epiléptico. De igual manera, el equipo informó que cuando la actividad cerebral está en niveles bajos, como ocurre durante la anestesia, se observan picos altos de actividad del calcio en la microglía.

“La longitud y la magnitud de estos cambios  lleva a la hipótesis de que el calcio puede convertirse en una señal increíblemente crucial en estas células inmunitarias para sentir el microentorno y cambiar a un estado ‘reactivo’ dentro del contexto de la enfermedad. Los primeros resultados plantean que las señales del calcio pueden brindar una gran perspectiva en tiempo real respecto a la función normal y anormal de la microglía”, explica el Dr. Wu.

Lo siguiente que hará el equipo será buscar el mecanismo que aumenta el calcio durante los cambios en la actividad cerebral. Los científicos tienen la intención de concentrarse en animales que sirven de modelo para enfermedades cerebrales a fin de precisar el momento y la durabilidad de la disfunción de la microglía.

“Se sabe que la microglía, desde el ámbito funcional, puede ser hiperactiva en una cantidad de trastornos neurológicos, como epilepsia, dolor, neurología autoinmunitaria y enfermedades neurodegenerativas. Entender las señales del calcio en la microglía permitirá bloquear la activación relacionada con los distintos contextos de las enfermedades”, anota el Dr. Wu.

Además de los doctores Wu y Worrell, otros contribuyentes al trabajo son el primer autor Dr. Anthony Umpierre, Lauren Bystrom, la Dra. Yanlu Ying y el Dr. Yong Liu. El primer autor, el Dr. Umpierre, es uno de los becarios destacados de los Institutos Nacionales de Salud en Neurociencias y cuenta con el apoyo de una beca doctoral F32 de los Institutos Nacionales de Saldu. Este estudio se financió mediante un subsidio federal de los Institutos Nacionales de Salud y a través de Mayo Clinic.

Por Sara Tiner

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