Nuevos roles para los factores de crecimiento: atraer a las células nerviosas a los músculos

20 de Junio de 2006

Nuevos roles para los factores de crecimiento: atraer a las células nerviosas a los músculos

20 de Junio de 2006

La Jolla, CA – Durante el desarrollo embrionario, las células nerviosas extienden vacilantes protuberancias parecidas a tentáculos llamadas axones que olfatean su camino a través de un laberinto de señales químicas atractivas y repulsivas que las guían hacia su objetivo.

Si bien varios estudios recientes descubrieron moléculas que repelen los axones de las neuronas motoras de objetivos incorrectos en la extremidad, los científicos del Instituto Salk de Estudios Biológicos han identificado una molécula, conocida como FGF, que atrae activamente a los axones en crecimiento más cerca del destino correcto. Sus hallazgos aparecen en la edición del 15 de junio de Neuron.

"El aspecto más importante de nuestro hallazgo no es necesariamente que finalmente logramos que el factor de crecimiento FGF sea la molécula que guía a un subgrupo específico de neuronas motoras para conectarse a los músculos que recubren nuestra columna vertebral y cuello", dice el autor principal. samuel pff, Ph.D., profesor en el Laboratorio de Expresión Génica, “pero pieza por pieza, estamos descubriendo principios generales que aseguran que el sistema nervioso en desarrollo establezca conexiones neuronales adecuadas”.

Comprender cómo los axones encuentran su destino puede ayudar a restaurar el movimiento en personas después de una lesión de la médula espinal o en aquellas con enfermedades de las neuronas motoras como la enfermedad de Lou Gehrig, la atrofia de los músculos espinales y el síndrome pospolio. La incapacidad para establecer una conectividad adecuada en el cerebro también puede ser la base de los trastornos del espectro autista y el retraso mental.

Los miembros polivalentes de la familia del factor de crecimiento FGF regulan la formación de vasos sanguíneos, la reparación de heridas, la maduración pulmonar y el desarrollo de células del músculo esquelético, la sangre y la médula ósea. El estudio de Salk agrega más trabajo a una lista ya larga.

“Nuestro estudio enfatiza que el sistema nervioso no depende necesariamente de un conjunto completamente nuevo de moléculas para gobernar la navegación del axón, sino que utiliza factores de crecimiento que ya están involucrados en el desarrollo embrionario de maneras inteligentes y novedosas”, dice Pfaff.

El músculo esquelético consta de miles de fibras musculares, cada una controlada por una neurona motora cuyo cuerpo celular se encuentra en el cerebro o la médula espinal. Las conexiones entre el músculo y las células nerviosas se establecen embrionariamente cuando las neuronas recién nacidas extienden los axones para "conectar" la fibra muscular apropiada.

El proceso de cableado está altamente orquestado: cada neurona motora ya ha prometido lealtad a una fibra muscular en particular antes de llegar a conectarse con su compañero predeterminado. Pero hasta ahora, los científicos solo podían especular sobre cómo se formó el vínculo invisible.

“La pregunta era cómo saben estas neuronas motoras adónde ir”, dice Pfaff. “Sería un desastre si quisieras mover el brazo y, en cambio, doblaras la espalda”.

Estudios anteriores sugirieron que los músculos que recubren la columna envían señales químicas como un canto de sirena para neuronas motoras específicas conocidas como células MMCm. Pero cuando fallaron los intentos de identificar la sustancia tentadora, muchos comenzaron a dudar de su existencia.

Después de evaluar numerosos candidatos, el equipo de Pfaff descubrió que no solo el FGF se expresa en el músculo objetivo, sino que los "sensores" de FGF, conocidos como receptores de FGF, se expresan en las neuronas motoras MMCm. Además, los axones de MMCm no podían “escuchar” la llamada de su pareja muscular y no lograban llegar a su destino en ratones mutantes que carecían de la molécula sensora.

Finalmente, utilizando ratones diseñados para expresar una proteína fluorescente en las neuronas MMCm, los investigadores demostraron que solo las neuronas brillantes extendían los axones en la dirección de las células diana que expresan FGF.

“Después de mucho trabajo arduo, lo redujimos a los FGF y demostramos que, de hecho, eran la sustancia misteriosa buscada durante mucho tiempo”, dice Pfaff.

Las células madre neurales ahora se pueden convencer para que se conviertan en neuronas motoras en un tubo de ensayo. En ese entorno artificial, explica Pfaff, "faltarán la mayoría de las señales externas que guían a las neuronas motoras inmaduras durante el desarrollo embrionario". De ahí la necesidad de identificar los factores de guía del axón. Él continúa: “No es suficiente crear el tipo de celda correcto, debe conectarlas al objetivo correcto. Los factores de crecimiento como FGF pueden ser cruciales para persuadirlos y guiarlos hacia el destino deseado”.

Los contribuyentes adicionales a este estudio incluyeron al primer autor Ryuichi Shirasaki, Ph.D., ex becario postdoctoral en el laboratorio de Pfaff y ahora miembro de la facultad en la Universidad de Osaka, Japón; becario postdoctoral Joseph W. Lewcock, Ph.D.; y la asistente de investigación Karen Lettieri, ambas en Salk.

El Instituto Salk de Estudios Biológicos en La Jolla, California, es una organización independiente sin fines de lucro dedicada a los descubrimientos fundamentales en las ciencias de la vida, la mejora de la salud humana y la capacitación de futuras generaciones de investigadores. Jonas Salk, MD, cuya vacuna contra la poliomielitis casi erradicó la poliomielitis, una enfermedad paralizante en 1955, inauguró el Instituto en 1965 con un terreno donado por la ciudad de San Diego y el apoyo financiero de March of Dimes.