El gen Arc: desentrañando el misterio de los recuerdos

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¿Qué es el gen Arc? Nuestro conocimiento del cerebro humano se basa en gran medida en nuestra comprensión de las neuronas. Después de años de investigación, hemos llegado a comprender que nuestras células cerebrales se comunican entre sí mediante señales químicas llamadas neurotransmisores, que pasan, como mensajeros, entre las neuronas a través de un espacio llamado «hendidura sináptica». 

Si bien esta comprensión ha influido en la forma en que estudiamos el cerebro, así como en la forma en que diseñamos medicamentos dirigidos a este órgano vital; los científicos han descubierto recientemente una nueva forma de comunicación entre neuronas que antes era desconocida: la proteína asociada al citoesqueleto regulada por actividad (proteína ARC). Esta proteína de plasticidad, codificada por el gen Arc, parece afectar la forma en que nuestros cerebros almacenan recuerdos.

Los genes Arc nos ayudan a recordar

Como muchos genes, el gen Arc codifica una hebra de ARNm que transporta información proteica desde el núcleo celular hasta el citoplasma para codificar una proteína. Una vez que se crea esta proteína, se une con el ARNm para formar las dendritas de la neurona, las ramas que conectan una célula con la siguiente.

Sin embargo, el papel de esta proteína en la consolidación de la memoria va más allá de la construcción de dendritas. Se ha descubierto que la proteína Arc induce cambios plásticos en las neuronas, modificando la forma y la estructura de la célula para permitirle retener más información. 

Las proteínas Arc se comportan como un virus.

En un estudio de 2018 publicado en la revista Cell, investigadores de la Universidad de Utah encontraron que las proteínas Arc se comportan como un virus, siendo la primera proteína no viral que actúa de esta forma.

Al estudiar la forma en que algunas bacterias modificadas sintetizaban proteínas Arc a partir de un gen de rata, estos científicos observaron la formación de estructuras similares a la cápside, similares a las que utilizan los virus para proteger su información genética, en las que Arc encapsulaba su propio ARN.

Modelo 3D de una estructura de cápside helicoidal de un virus. (Imagen: Thomas Splettstoesse a través de Wikimedia Creative Commons)

Emocionados con su descubrimiento, los investigadores experimentaron colocando cápsides de Arc en un cultivo de células cerebrales de ratón y descubrieron que estas estructuras transferían su ARNm a las neuronas del ratón de la misma manera que lo haría una infección viral.

Dada su capacidad para transportar el ARNm de una neurona a otra mediante el cruce de sinapsis, las cápsides de Arc se convirtieron en el foco de atención como portadoras de información, una función que antes se creía exclusiva de los neurotransmisores. “Entramos en esta línea de investigación sabiendo que Arc era especial en muchos sentidos, pero cuando descubrimos que Arc podía mediar en el transporte de ARN de célula a célula, nos quedamos boquiabiertos”, dijo Elissa Pastuzyn, Ph.D., becaria postdoctoral y autora principal del estudio.

El papel de la proteína Arc en la memoria y el aprendizaje

En un estudio de 2020, los investigadores diseñaron un experimento para determinar el papel de la proteína Arc en el proceso de aprender y recordar. Para ello, estudiaron a 42 ratas macho, a la mitad de las cuales se les administró un compuesto que inhibía la síntesis de la proteína Arc, mientras que la otra mitad recibió una dosis de control que no afectaba a Arc. 

Inmediatamente después del tratamiento cerebral, los investigadores entrenaron a las ratas para encontrar una plataforma oculta en un tanque lleno de agua y observaron que todas tenían éxito independientemente de si tenían proteínas Arc. Cuando se comprobó su capacidad para encontrar la plataforma 48 horas después, las ratas que habían recibido la dosis inhibidora de Arc obtuvieron malos resultados en comparación con el grupo de control, lo que sugiere que su capacidad para formar recuerdos de la práctica se había visto afectada.

Tinción inmunohistoquímica de arco de la circunvolución dentada de rata. La imagen muestra los niveles de proteína Arc una hora después del entrenamiento de evitación inhibitoria y la inyección sistémica inmediata de 3 mg/kg de corticosterona. (Imagen: Christa K. McIntyre Lab a través de Wikimedia Commons)

El potencial de los estudios del gen Arc

Después de los descubrimientos revolucionarios que han tenido lugar en las últimas décadas, los científicos han estado reflexionando sobre el papel que juegan los genes Arc en las enfermedades relacionadas con el cerebro y el funcionamiento del cuerpo en general.

Una población clave que se ha estudiado con este propósito son los pacientes con Enfermedad de Alzheimer, la forma más común de demencia, que mostraron niveles anormales de la proteína Arc. Si bien algunas investigaciones sugieren que el gen Arc puede aumentar la susceptibilidad a desarrollar Alzheimer, otros estudios vincularon una variación del Arc humano con un riesgo reducido de desarrollar la enfermedad. Se requiere más investigación en esta área para comprender mejor el papel del Arc en esta enfermedad cerebral.

Asimismo, los estudios han demostrado que el gen Arc puede ser uno de los principales actores en las alteraciones moleculares características de la esquizofrenia. Si bien su influencia aún es dispersa y no reconocida, la acumulación de datos revela que las alteraciones estructurales inducidas por esta proteína están estrechamente relacionadas con las alteraciones en la arquitectura genética de los trastornos psiquiátricos. Los autores del estudio creen que comprender el papel del Arc en el desarrollo del cerebro podría proporcionar herramientas valiosas para abordar mejor las anomalías en los procesos cognitivos y sociales.

Los genes Arc no son exclusivos del cerebro humano. Un equipo de científicos de la Universidad de Massachusetts descubrió que las neuronas motoras de las moscas de la fruta volvían a sellar las cápsides de Arc. En este caso, las cápsides no fueron recibidas por otra neurona sino por una célula muscular, lo que implica que el Arc no solo está involucrado en la conexión entre neuronas, sino también en la de otras estructuras.

La investigación sobre moscas de la fruta descubrió que las cápsides de Arc no solo pueden cruzar sinapsis (espacios entre neuronas), sino también uniones neuromusculares, donde se encuentran las neuronas y los músculos. (Imagen: Egor Kamelev a través de Pexels)

La presencia de genes Arc en otras especies, sus mecanismos similares a los de los virus y su papel en las condiciones cerebrales han sorprendido a muchos científicos. Jason Shepherd, Ph.D., profesor asistente de la Universidad de Utah, dijo: «Esta investigación destaca el hecho de que a menudo no sabemos de dónde vendrán los descubrimientos geniales», refiriéndose al estudio de 2020 mencionado anteriormente. 

La investigación futura promete desarrollar una nueva forma de entender el cerebro humano mientras revela más información sobre los fascinantes misterios de la naturaleza y la vida.

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