Un equipo de investigadores de la Penn State University dirigidos por la profesora Melissa Rolls ha dado con el gen asociado a la regeneración de las células nerviosas dañadas. Los científicos encontraron una mutación en un único gen que puede apagar el proceso por el cual los axones, las partes de la célula nerviosa que son responsables de enviar señales a otras células, vuelven a crecer después de un corte o daño.
Melissa Rolls lo explicaba así tras la publicación del estudio:
Con este estudio tenemos la esperanza de que el descubrimiento abra la puerta a una nueva investigación relacionada con la médula espinal y otros trastornos neurológicos en los seres humanos. Los axones, quienes se extienden fuera de las células nerviosas, son capaces de sobrevivir toda la vida animal. Para ello, las células nerviosas necesitan ser flexibles, y en el caso de lesión o desgaste, algunos pueden reparar el daño con el crecimiento de nuevos axones.
Hasta ahora, estudios previos habían sugerido que los microtúbulos, las “autopistas” intracelulares claves en las neuronas que se encuentran en crecimiento constante, debían de ser reconstruidos como paso importante en este tipo de reparación. Según Rolls:
En muchos sentidos, esta idea tiene sentido: con el fin de hacer crecer una nueva parte del nervio, los microtúbulos necesitan organizarse para tomar los nuevos materiales al sitio de crecimiento.
Lo que hizo el equipo de investigadores fue centrarse en el estudio de las proteínas de remodelación de microtúbulos en la regeneración axonal después de una lesión. Se centraron en un conjunto de proteínas que separan los microtúbulos en trozos pequeños. Del conjunto, hallaron una proteína llamada espastina, una proteína clave en la regeneración del axón.
El hecho de que la proteína espastina juegue un papel crítico en la regeneración es particularmente intrigante porque en los seres humanos está codificada por un gen de la enfermedad llamado SPG4. Cuando una copia de este gen se altera, las personas afectadas desarrollan paraplejía espástica hereditaria (HSP), que se caracteriza por la progresiva debilidad de los miembros inferiores y la degeneración de los axones motores en la médula espinal. La identificación de una nueva función neuronal para la espastina nos puede ayudar a entender esta enfermedad.
Para estudiar el papel que jugaba la espastina, el equipo eligió la mosca de la fruta como organismo modelo. Según Rolls:
A nivel molecular, muchos de los procesos asociados con el crecimiento de las células nerviosas y la regeneración son los mismos en seres humanos como en las moscas de la fruta. Como el resto de animales, incluyendo a los seres humanos, las moscas de la fruta tienen dos copias de cada gen, uno de cada padre, combinaciones tan diferentes de cada gen pueden dar lugar a diferentes rasgos observables.
El equipo pasó a criar tres grupos genéticamente distintos de moscas de la fruta en el laboratorio con el fin de observar cómo las diferentes combinaciones de genes de espastina podrían afectar al comportamiento de las células nerviosas después de un lesión. El primer grupo de moscas tenían dos copias normales del gen, el segundo tenía una copia normal y una copia mutante, y el tercero tenía dos copias mutantes. Finalmente, los científicos cortaron en los tres grupos los axones de las células nerviosas de las moscas y observaron el proceso de regeneración.
Lo que vimos fue que en el grupo de las moscas con dos copias normales del gen, los axones cortados se re-ensamblaban. Curiosamente, en los otros dos grupos, donde la mosca de la fruta tenía dos o incluso un gen anormal de espastina, simplemente no había rebrote, lo que indica que lo que tenemos aquí es un problema dominante.
Además, los investigadores encontraron que el gen no parece jugar un papel en la etapa de desarrollo cuando los axones se habían reunido por primera vez. Los investigadores encontraron que, mientras el gen afectado de los axones de las moscas, sus dendritas, las partes de la neurona que recibe información de otras células, continuaba funcionando normalmente y reparándose.
Rolls terminaba el estudio explicando el significado del avance a partir de ahora:
Ahora que sabemos que la espastina juega un papel importante en la regeneración del axón y también que este gen es dominante, hemos abierto un camino posible hacia el estudio de las enfermedades humanas relacionadas con las células nerviosas deterioradas. De hecho, nuestro siguiente paso es investigar la relación entre la paraplejía espástica hereditaria y la regeneración axonal.
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