Desarrollo temprano del cerebro y proteínas de choque térmico

El desarrollo del cerebro de un feto es realmente algo asombroso. El primer signo de un sistema nervioso incipiente surge durante la tercera semana de desarrollo; es simplemente una capa gruesa de tejido llamada placa neural . Después de unos 5 días más, la placa neural formó una hendidura llamada surco neural , y los lados del surco neural se curvaron y comenzaron a fusionarse (ver imagen a la derecha). Esto formará el tubo neural , que eventualmente se convertirá en el cerebro y la médula espinal. Alrededor de las 10 semanas, se pueden discernir todas las estructuras principales del cerebro, incluso si aún no están completamente maduras. Entonces, en cuestión de dos meses, el marco para el cerebro humano se construye desde cero. Si eso no te asombra de la naturaleza, nada lo hará.

Aunque el proceso de desarrollo neuronal es asombroso, también es muy sensible. Hay indicios de que una serie de exposiciones ambientales durante el desarrollo prenatal pueden aumentar el riesgo de trastornos como el autismo, la esquizofrenia y la epilepsia. Algunas de estas exposiciones ambientales peligrosas son bien conocidas (p. ej., el consumo de alcohol durante el embarazo aumenta el riesgo de desarrollar el síndrome alcohólico fetal ). Sin embargo, hay una serie de otros factores cuyos efectos perjudiciales sobre el desarrollo neuronal fetal aún se debaten o aún no se han dilucidado por completo. Por ejemplo, los efectos en un feto de sustancias como los ftalatos (plastificantes que probablemente se encuentran en una serie de productos en su hogar), bisfenol A(otra sustancia utilizada en la producción de plásticos, que se encuentra con frecuencia en los envases de alimentos y bebidas), e incluso el humo del tabaco, aún se están investigando. Pero un embarazo libre de exposición a cualquier sustancia potencialmente dañina no garantiza un desarrollo neuronal normal. Incluso se sospecha que factores que son naturales y más difíciles de controlar, como la infección materna durante el embarazo, son perjudiciales en algunos casos.

Para complicar aún más el asunto, es difícil predecir quién se verá afectado por estos insultos ambientales y quién no. Parece que puede haber una susceptibilidad genética al daño del desarrollo neurológico que hace que una exposición particular sea perjudicial para un feto, mientras que puede no tener un impacto importante en otro con una composición genética diferente. Sin embargo, esta complicación también brinda la oportunidad de aprender más sobre la etiología de los trastornos del neurodesarrollo. Porque, si podemos aprender qué mecanismo está fallando en el feto que está afectado, pero funciona en el feto que no lo está, entonces nuestra comprensión del origen de estos trastornos mejorará drásticamente.

En un artículo publicado la semana pasada en Neuron , Hashimoto-Torii et al. abordó el problema desde este ángulo y examinó el papel de las proteínas de choque térmico en los problemas del desarrollo neurológico . Las proteínas de choque térmico son péptidos cuya expresión aumenta en momentos de estrés. Obtuvieron su nombre cuando se descubrió a principios de la década de 1960 que los altos niveles de calor aumentaban su expresión en Drosophila (moscas de la fruta). Desde entonces, se ha aprendido que la expresión de la proteína de choque térmico aumenta durante todo tipo de estrés, incluidas infecciones, inanición, hipoxia (falta de oxígeno) y exposición a toxinas como el alcohol. Por lo tanto, algunos también se refieren a las proteínas de choque térmico como proteínas de estrés.

Para investigar el papel de las proteínas de choque térmico en los trastornos del neurodesarrollo, Hashimoto-Torii et al. embriones de ratón expuestos a tres tipos diferentes de agresiones ambientales. Inyectaron a ratones preñados con alcohol, metilmercurio o una droga inductora de convulsiones. Luego, observaron cómo reaccionaban los cerebros de los embriones. Como supusieron, vieron un aumento significativo en la expresión de un factor de transcripción (factor de choque térmico 1 o HSF1) que promueve la producción de proteínas de choque térmico.

Cuando los investigadores investigaron los efectos de la exposición prenatal a las agresiones enumeradas anteriormente en ratones que carecían del gen HSF1 (ratones knockout para HSF1), observaron que las madres expuestas tenían camadas más pequeñas que los ratones de control. Sin embargo, los ratones que nacieron también mostraron malformaciones consistentes con daños en el desarrollo neurológico, mayor susceptibilidad a las convulsiones después del nacimiento y tamaño reducido del cerebro. La reducción del volumen cerebral parecía deberse a la disminución de la neurogénesis después de la agresión.

Para hacer una conexión más clara entre la activación de la proteína de choque térmico y la enfermedad humana, los investigadores expusieron células madrederivados de pacientes esquizofrénicos al metilmercurio y al alcohol, y compararon la respuesta de las “células esquizofrénicas” con la respuesta de las células de pacientes no esquizofrénicos (control). No vieron una diferencia general en la expresión de la proteína de choque térmico entre los dos tipos de células, pero sí vieron una variabilidad significativa en la expresión entre las células esquizofrénicas. En otras palabras, tanto las células esquizofrénicas como las de control aumentaron la expresión de la proteína de choque térmico después de una agresión, pero algunas de las células esquizofrénicas parecían aumentar la expresión más o menos que otras. Todas las células de control mostraron un aumento de expresión relativamente similar. Esto sugiere que puede haber una respuesta anormal que involucre proteínas de choque térmico en individuos con cierta predisposición genética;

Así, el estudio de Hashimoto-Torii et al. apunta a las proteínas de choque térmico como un posible culpable de lo que va mal en el desarrollo temprano del cerebro para conducir a trastornos psiquiátricos como la esquizofrenia y el autismo. Sin embargo, será necesario realizar más investigaciones para verificar este papel de las proteínas de choque térmico. E, incluso si la investigación futura respalda este hallazgo, es probable que las proteínas de choque térmico sigan siendo solo una parte del rompecabezas. Pero el rompecabezas es complejo, por lo que necesitaremos agregar muchas de estas pequeñas piezas antes de que podamos comenzar a comprender la imagen completa.

Hashimoto-Torii, K., Torii, M., Fujimoto, M., Nakai, A., El Fatimy, R., Mezger, V., Ju, M., Ishii, S., Chao, S., Brennand, K., Gage, F. y Rakic, P. (2014). Funciones del factor de choque térmico 1 en la respuesta neuronal a los riesgos ambientales fetales y su relevancia para los trastornos cerebrales Neuron DOI: 10.1016/j.neuron.2014.03.002