El canal de potasio KCNQ3 es necesario para que nuestro cerebro genere mapas espaciales precisos. En ratones, los defectos en el funcionamiento del KCNQ3 tienen efectos medibles en nuestro sistema interno de navegación.
El estudio
El canal de potasio KCNQ3 es necesario para que nuestro cerebro genere mapas espaciales precisos. En ratones, los defectos en el funcionamiento del KCNQ3 tienen efectos medibles en su sistema interno de navegación. Los hallazgos de un equipo de investigación que incluye a investigadores de la Universidad Friedrich-Alexander Erlangen-Nürnberg (FAU), publicados recientemente en la revista científica Nature Communications, también son relevantes para la investigación de la demencia similar al Alzheimer.
El potasio es necesario, además de para ciertos procesos fisiológicos, para la excitabilidad de las células nerviosas y musculares. Los iones de potasio atraviesan la membrana celular externa a través de una variedad de canales iónicos, y por lo tanto, generan corrientes eléctricas.
Hace veinte años, el equipo del profesor Thomas Jentsch del Instituto de Investigación Leibniz de Farmacología Molecular (FMP) Berlín, identificó los genes que codifican la familia de canales de potasio KCNQ2-5 y demostró que las mutaciones en el KCNQ2 y el KCNQ3 pueden causar epilepsia hereditaria en humanos.
Las empresas farmacéuticas pudieron desarrollar fármacos antiepilépticos específicos como resultado de esta investigación innovadora.
Ahora, equipos de biólogos moleculares dirigidos por Thomas Jentsch, así como neurofisiólogos supervisados por Alexey Ponomarenko, profesor del Instituto de Fisiología y Fisiopatología de la FAU, junto con científicos de la Universidad de Conneticut (EE. UU.) y la Universidad de Colonia, han descubierto que el KCNQ3 también podría jugar un papel en la enfermedad de Alzheimer y otros trastornos cognitivos.
Mapas de navegación precisos en el cerebro
Normalmente, el transmisor acetilcolina inhibe el flujo de potasio neuronal, que es necesario para la excitabilidad cortical, y por tanto, para la memoria y la atención. Se sabe con certeza que los pacientes de Alzheimer pierden gradualmente esta neuromodulación colinérgica.
El estudio actual examinó el papel de los canales de KCNQ3 en la neuromodulación del sistema de navegación del cerebro. Estos campos de lugar, un descubrimiento por el que se otorgó un premio Nobel hace varios años, sirven como un mapa interno del cerebro. “Descubrimos cómo varias señales generadas por las células de lugar bajo el control de los canales KCNQ3 interactúan con los ritmos cerebrales para formar mapas espaciales precisos”, dijo Alexey Ponomarenko.
Los ratones con modificaciones genéticas (knock-out) con un canal KCNQ3 defectuoso generado por el grupo de Thomas Jentsch presentaron una imagen diferente. Aunque los patrones de actividad de las células de lugar en ratones sanos siguieron un patrón temporal y espacial específico, en los ratones con modificaciones genéticas (knock-out), la transmisión sináptica por señales múltiples (ráfagas) únicas o casi simultáneas de las células de lugar estaba desorganizada.
“Cuando se lanzan ráfagas, generalmente tienen un cierto ritmo. Sin embargo, en los mutantes, las ráfagas no están controladas por el ritmo, sino que se lanzan en momentos o fases del ritmo completamente aleatorios”, explica el profesor Ponomarenko. “Esto suprime eficazmente los potenciales de acción únicos y crea un desequilibrio en los patrones de actividad de las células de lugar”.
En combinación con experimentos optogenéticos, las grabaciones que se realizaron utilizando sondas de silicio de 15 micrómetros de espesor implantadas en el hipocampo de roedores con un comportamiento libre, proporcionaron datos interesantes sobre la función cerebral. Por otra parte, los miembros del equipo en Estados Unidos demostraron que la ausencia del canal KCNQ3 daba como resultado una disminución considerable de las corrientes neuronales de potasio (aquí corrientes M).
El futuro
“Si bien hasta la fecha no hay datos suficientes para aplicaciones clínicas, nuestros hallazgos sugieren que los canales KCNQ3 podrían ser un objetivo potencial para futuras investigaciones farmacológicas para tratar el Alzheimer y otros tipos de demencia”, enfatizó el profesor Ponomarenko, “al menos en las primeras etapas, cuando es probable que las células de lugar todavía estén presentes, aunque la neuromodulación colinérgica ya haya disminuido”. Se requieren más investigaciones para obtener una mejor comprensión del papel del KCNQ3 en el cerebro.
Link: https://www.sciencedaily.com/releases/2021/08/210816125720.htm
Fecha: 16 de agosto de 2021
Fuente: Universidad de Erlangen-Núremberg
Fuente de la historia:
Materiales proporcionados por la Universidad de Erlangen-Núremberg. Nota: El contenido podría haber sido editado en estilo y extensión.
Referencia de la publicación:
Xiaojie Gao, Franziska Bender, Heun Soh, Changwan Chen, Mahsa Altafi, Sebastian Schütze, Matthias Heidenreich, Maria Gorbati, Mihaela-Anca Corbu, Marta Carus-Cadavieco, Tatiana Korotkova, Anastasios V. Tzingounis, Thomas J. Jentsch, Alexey Ponomarenko. Place fields of single spikes in hippocampus involve Kcnq3 channel-dependent entrainment of complex spike bursts. Nature Communications, 2021; 12 (1) DOI: 10.1038/s41467-021-24805-2
Nota: Instituto Nutrigenómica no se hace responsable de las opiniones expresadas en el presente artículo.
