El cerebro funciona cuando una neurona hace conexiones sinápticas específicas con su pareja correcta para formar un circuito neural.  Muchos investigadores han estudiado la neuroanatomía del cerebro y han encontrado que la amplia variedad de funciones cerebrales, como la percepción, movilidad, memoria y aprendizaje son todos dependientes de los patrones de conexión apropiados entre los distintos tipos de neuronas.

El Dr. Yoshihiro Yoshihara, el líder del Laboratorio de Neurobiología de la Sinapsis, ha investigado a varias moléculas de adhesión en el sistema nervioso a nivel molecular.  Hace cuatro años el comenzó a considerar utilizar los resultados para estudiar los circuitos neuronales a nivel de la red, concentrándose principalmente en la Aglutinina del Germen de Trigo o WGA.

WGA tiene una característica única ya que puede ser transportada entre las neuronas a través de las sinapsis.   

Problemas en los métodos convencionales usando WGA

WGA es una proteína que protege al trigo del daño viral y otras injurias.  En los años 70 se descubrió que la WGA tiene una característica: puede reconocer estructuras de cadenas de azúcares específicos en la superficie de la mayoría de las neuronas y ser transportada entre una y otra neurona a través de la sinapsis.

Después de que WGA se une a la cadena de azúcares en una neurona, es internalizada, transportada a través del axón y secretada por el terminal axónico a la sinapsis.  Luego se une a la cadena de azúcares de la segunda neurona, es internalizada y transferida a las terceras neuronas.  Los métodos iniciales que usan WGA como trazador para visualizar el circuito neuronal involucraban la inyección de altas concentraciones de proteína WGA en un animal experimental.  Sin embargo, surgían tres problemas: en principio, el lugar de inyección se inflamaba por las altas concentraciones de la sustancia extraña. 

El segundo problema eran las dificultosas técnicas necesarias para inyectar adecuadamente la WGA.

El tercer dilema era que todas las neuronas alrededor del sitio de inyección internalizaban WGA.  Si había múltiples circuitos neuronales con diferentes funciones, era difícil diferenciarlos porque la marcación no era específica. 

Nuevo método: WGA producida por tipos de neuronas específicas

La solución del equipo del Dr. Yoshihiro Yoshihara involucraba crear un animal transgénico.  En este caso, el CDNA de la WGA era inyectada en un óvulo fertilizado.  Era muy importante asegurarse de que el cDNA de la WGA solo se exprese en neuronas específicas. 

Se encontraron diferentes promotores, que regulan la expresión génica, que se activaban en diferentes tipos de neuronas.  Recientemente fueron identificados nuevos promotores posibilitando la producción de WGA solo en neuronas específicas, si el promotor apropiado pudiera ser seleccionado y unido al gen. 

Visualizando los circuitos neuronales para la percepción visual y olfatoria 

Las neuronas sensoriales olfatorias se encuentran en el epitelio olfatorio en la cavidad nasal y son responsables del sentido del olfato.  El promotor OMP puede expresar un gen extraño en altos niveles en este tipo particular de neuronas.

El cDNA de WGA unido al promotor OMP fue inyectado en un óvulo fertilizado y se generaron cinco líneas celulares.  A partir de esto, los científicos fueron capaces de confirmar la presencia de WGA en cuatro de las cinco líneas.

Además, en estas cinco líneas se reveló que la WGA fue transportada desde las neuronas olfatorias sensoriales hacia las neuronasl del bulbo olfatorio (la segunda neurona) y luego a las neuronas de la corteza olfatoria (la tercera neurona). 

Visualizando los circuitos neuronales in vivo

En los métodos que detectan la existencia de WGA por inmunoquímica, el cerebro debe ser cortado para determinar los circuitos neuronales.  Por eso no es posible examinar la formación de los circuitos neuronales in vivo.

Aunque es imoprtante mejorar la sensibilidad de las técnicas de detección, también es importante observar la formación de los circuitos in vivo, aun ante la pérdida de sensibilidad.

El Dr. Yoshihara y sus colegas están desarrollando un nuevo sistema uasndo proteínas fluorescentes tomadas de anémonas o aguas vivas.  Usando el sistema de cultivo de células están examinando si la proteína de fusión, que consiste de WGA y la proteína fluorescente, es transportada de una neurona a otra.  Si esto es dilucidado con éxito, el próximo paso será observar el mismo proceso de trasmisión de la proteína de fusión en un organismo vivo. 

Las neuronas olfatorias son creadas dentro de las primeras diez horas luego de la fertilización.  Después de veinte horas se conectan con otras neuronas.  Si las neuronas son observadas continuamente por 48 horas sería posible observar la formación de los circuitos neuronales olfatorios.   

Editora: Ana Herbsztein