Identifican un mecanismo genético que cambia la identidad neuronal según entorno
Un equipo del Instituto de Biomedicina de Valencia (IBV), perteneciente al Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), ha identificado un mecanismo genético que permite a las neuronas modificar su función y comportamiento en función del entorno. Empleando como modelo el nematodo Caenorhabditis elegans, los investigadores hallaron que un proceso epigenético actúa como un "candado" que impide que ciertas neuronas capten serotonina, un neurotransmisor clave en la regulación del estado de ánimo en humanos, alterando así su identidad y funciones.
Este "candado" se puede abrir cuando las condiciones ambientales lo demandan, provocando cambios en el comportamiento del organismo. Según el CSIC, este avance es fundamental para entender cómo los sistemas nerviosos se adaptan al medio y puede aportar nuevas herramientas para analizar trastornos como la depresión, ansiedad y autismo.
Todas las células de un organismo contienen la misma información genética (ADN), pero mediante la interacción entre genes y ambiente, se generan distintas identidades celulares con funciones específicas (como células de la piel, hígado o neuronas). Estos procesos están mediados por cambios epigenéticos que indican a cada célula cómo interpretar el ADN para operar de manera concreta.
El trabajo, publicado en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), detalla cómo este mecanismo controla la respuesta al neurotransmisor serotonina en un modelo animal sencillo, permitiendo modificar la identidad neuronal y su función mediante pequeños ajustes genéticos según las condiciones ambientales.
Esta investigación utilizó el nematodo Caenorhabditis elegans, un organismo con apenas 302 neuronas, cada una identificada individualmente y muy utilizado como modelo en biología y biomedicina para comprender el sistema nervioso. En el laboratorio liderado por Nuria Flames en el IBV-CSIC se analizó una neurona específica, denominada VC, que mostró indicios sorprendentes respecto a su capacidad para captar serotonina.
"En Caenorhabditis elegans, las neuronas VC potencialmente pueden captar serotonina, pero esta capacidad está bloqueada epigenéticamente", explicó Nuria Flames. "Un proceso conocido como metilación de histonas funciona como un candado que reprime el gen mod-5/SERT, responsable de la captación de serotonina, lo que impide que estas neuronas adquieran un fenotipo serotonérgico", añadió.
Plasticidad de la identidad neuronal
El equipo constató que, en varias especies del género Caenorhabditis, este bloqueo epigenético desapareció a lo largo de la evolución. "Estas especies poseen un nuevo elemento regulador, denominado potenciador, que activa el gen mod-5/SERT en las neuronas VC, escapando a la represión epigenética y permitiendo una captación intensa y constante de serotonina", explicó Flames. Asimismo, al incorporar este potenciador en especies como C. elegans, las neuronas VC comenzaron a expresar mod-5/SERT.
"Un solo elemento regulador es suficiente para modificar la identidad y función de las neuronas", señaló la investigadora del CSIC. Para sorpresa del equipo, en algunos casos este cambio también se activa en función del ambiente donde habita el nematodo.
En condiciones normales, las neuronas VC de C. elegans reprimen su capacidad para recaptar serotonina. Sin embargo, bajo ciertas circunstancias ambientales, el candado epigenético se desbloquea y las neuronas se vuelven serotonérgicas, provocando modificaciones en el comportamiento de puesta de huevos. Por tanto, la identidad neuronal presenta una plasticidad que depende del entorno, según Andrea Millán Trejo, científica del IBV-CSIC y primera autora del estudio.
Este modelo sencillo permite explorar la plasticidad y evolución de las identidades celulares vinculando tres niveles: regulación genética (ADN), identidad neuronal (célula) y comportamiento (organismo). Además, evidencia que no se requieren grandes mutaciones en el genoma para cambios significativos, sino que pequeños ajustes regulatorios pueden tener efectos profundos.
Este hallazgo aporta una explicación para la evolución basada no sólo en mutaciones aleatorias, sino también en respuestas adaptativas al ambiente que pueden volverse permanentes mediante asimilación genética. Esta teoría, propuesta en los años 50, carecía hasta ahora de evidencia molecular sólida. Según ella, una respuesta plástica inducida por el entorno puede consolidarse en el ADN tras varias generaciones, manifestándose hereditariamente sin necesidad del estímulo externo.
Ambiente y enfermedad mental
El estudio revela mecanismos de plasticidad neuronal que podrían aplicarse a animales más complejos. En este sentido, el gen homólogo a mod-5/SERT en humanos está vinculado a trastornos como la depresión, ansiedad y autismo. Comprender cómo su expresión se activa o reprime epigenéticamente podría clarificar mecanismos cerebrales relacionados con la influencia del entorno en la vulnerabilidad a estas enfermedades, indicó Nuria Flames.
Asimismo, entender la emergencia de nuevas funciones en células y organismos puede enriquecer el conocimiento sobre la diversidad de los sistemas nerviosos. Este mecanismo muestra cómo los seres vivos se adaptan a cambios ambientales, como la presencia de agentes químicos, lo que aporta perspectivas para estudiar la respuesta de organismos frente a alteraciones ecológicas vinculadas al cambio climático.
Además, el descubrimiento podría inspirar estrategias para controlar genes de manera flexible y adaptable a condiciones ambientales, o bien, desarrollar técnicas para manejar plagas de gusanos parásitos en ámbitos como la agricultura, ganadería y biomedicina.
