Descubrimiento científico podría generar un marcador para medir la energía del cerebro

La actividad cerebral está restringida por la disponibilidad local de energía, que se genera mediante finos procesos metabólicos. A través del análisis de una base de datos abierta de expresión de genes cerebrales, la Dra. Jimena Sierralta, miembro del Instituto de Neurociencia Biomédica (BNI) y del Departamento de Neurociencia de la Facultad de Medicina de la Universidad de Chile, junto al Dr. Vicente Medel, realizaron un estudio multidisciplinario para estudiar la distribución de la energía metabólica en el cerebro humano.

Esto lo realizaron a través del mapeo espacial de genes cuyas proteínas permiten el metabolismo necesario para el funcionamiento neuronal. Así identificaron una proteína en particular que destaca por su relación con áreas del cerebro que requieren alto nivel de procesamiento de información y por ello podría ser usada como un marcador de neurodegeneración, que podría servir para futuros diagnósticos.

En el estudio, publicado en la Academia Nacional de Ciencias de Estados Unidos (Proceeding of the National Academy of Science. PNAS), se explica que hasta hace poco, se creía que la glucosa era el sustrato principal para la producción de energía metabólica cerebral, mientras que el lactato (un producto del metabolismo de la glucosa) era un producto de deshecho.

Sin embargo, el artículo detalla que “fuerte evidencia respalda que la actividad neuronal es impulsada por la transferencia de lactato desde los astrocitos (células no neuronales que rodean a las neuronas y sus conexiones), para luego procesarlo y oxidarlo para formar ATP, esta es conocida como la hipótesis del transbordador de lactato de astrocito-neurona (ANLS)”. Dicho mecanismo sólo había sido confirmado en animales desde insectos a roedores.

Esta investigación resalta la importancia de la proteína transportadora de lactato neuronal MCT2, como un componente clave de la interacción entre astrocitos y neuronas y un vínculo entre el metabolismo, la estructura cortical y la función cerebral. Es decir, el trabajo resalta que la transferencia de lactato desde astrocitos, le daría ventaja a la neurona, “permitiendo que se genere la energía necesaria durante períodos de mucha actividad neuronal en los cuales no alcanzan las reservas neuronales”, resalta la Dra. Sierralta.

Procesos más complejos

Los resultados muestran que el transportador de lactato es más abundante en áreas relacionadas con funciones cognitivas superiores, como el aprendizaje, la atención y la memoria, que se localizan en la corteza cerebral y que se cree que requieren más energía. En cambio, está asociado negativamente con las áreas que tienen que ver con procesos como la vigilia, el estrés, el miedo, la regulación de la emoción y la ansiedad.

Esto significa que “las áreas de la corteza que están más asociadas a la ansiedad o estrés, por ejemplo, tienen una menor expresión del MCT2. Por otro lado, las áreas de la corteza con mayor asociación a atención visual tienen una mayor expresión del transportador”, declara la especialista. Lo interesante para la experta, además, es que los transportadores de glucosa se expresan de manera general en el cerebro y no tienen una correlación con alguna área en particular, lo cual posiblemente refleja una función más basal de la energía cerebral.

De esta manera, los autores sugieren que “la cognición opera en múltiples dominios temporales, que requieren tanto energía basal para mantener los estados cerebrales globales (como los ciclos sueño-vigilia) así como un suministro rápido de energía para satisfacer y responder a las demandas ambientales que están en constante cambio”.

Aplicación terapéutica

La Dra. Sierralta explica que este nuevo conocimiento demuestra lo importante que es la proteína transportadora MCT2 para la función cerebral en los humanos, lo que podría derivar en nuevos proyectos relacionados. “Nuestro análisis hace surgir una nueva línea de investigación de estos transportadores en el funcionamiento del metabolismo general y de la actividad funcional del cerebro”, dice.

Por otro lado, cree que, con los datos obtenidos, podría llegar a definirse un novedoso marcador cerebral para el deterioro neurodegenerativo, por las altas expresiones o la gran correlación que tiene el MCT2 con la actividad del cerebro. “En el trabajo cerebral, hay subtipos de actividad que se deterioran durante el envejecimiento y las patologías neurodegenerativas. Por eso, este marcador podría ser uno temprano para estos males.”

Trabajo multidisciplinario

La Dra. Sierralta comenzó a trabajar en esta investigación con el Dr. Vicente Medel, por algo más bien azaroso. Él, tras sus estudios de filosofía, se interesó por el área cognitiva, y obtuvo una beca para especializarse en ese campo en Francia, donde estudió neurociencia computacional, para, a su vuelta, realizar un doctorado en Neurociencia, en la Universidad Católica. “En un congreso de Neurociencia, unos años atrás coincidimos y yo estaba exponiendo una charla acerca de la energía en el cerebro de la mosca del vinagre, y los resultados de un proyecto reciente que demostraba que la teoría de ANLS ocurría en el cerebro de estos insectos”, relata.

Por otra parte, la investigación del Dr. Medel se había centrado en el estudio de la conciencia y en el modelamiento computacional del cerebro humano en contextos de actividad cognitiva, usando principalmente herramientas de análisis de dato y teoría de redes a nivel macroescala. “Fue maravilloso porque, si bien veníamos de áreas, y sobre todo, escalas que se perciben tan lejanas en la neurociencia, coincidimos en una hipótesis común que pudimos explorar gracias al análisis de datos abiertos. Creo que lo novedoso de nuestra aproximación es que integra una visión de red del cerebro a nivel macro, con los requisitos metabólicos locales”, expresa.

De esta manera, se conformó un equipo multidisciplinario conformado por expertos en el área de mapeo de redes cognitivas, tales como James Shine, Eli Muller (ambos de la Universidad de Sydney) y Nicolás Crossley de la Universidad Católica, mientras que el área de biología celular y neuroenergética estuvo conformado por Ivana Gajardo de la Universidad Católica y Felipe Barros de la Universidad Austral. “Trabajar con este equipo de expertos de diversas disciplinas fue fundamental, y solo fue posible porque se persiguió una hipótesis común”, señala la Dra. Sierralta.