Neuronal type-specific modulation of cognition and AP-1 signaling by early-life rearing conditions.

Un estudio del Instituto de Neurociencias identifica mecanismos moleculares que conectan el entorno durante la crianza con la memoria

• El estudio, publicado en Nature Communications, revela que el factor de transcripción AP-1 actúa como un ‘interruptor’ que traduce las experiencias tempranas en mejoras o deficiencias cognitivas duraderas.
• Los investigadores demostraron que bloquear el gen Fos impide que los ratones se beneficien del entorno enriquecido, demostrando el papel esencial de AP-1 en la plasticidad neuronal.

(Foto: Los investigadores del IN CSIC-UMH Sergio Niñerola, Isabel Bustos, Beatriz del Blanco, Marta Alaiz-Noya, Ángel Barco, Federico Miozzo y Miguel Fuentes. Fuente: IN CSIC-UMH)

Un equipo del Instituto de Neurociencias (IN), centro mixto del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y la Universidad Miguel Hernández (UMH) de Elche, liderado por el investigador Ángel Barco, ha descubierto un mecanismo molecular que contribuye a explicar por qué crecer en un entorno estimulante mejora la memoria, mientras que la falta de estímulos puede deteriorarla. El estudio, realizado en ratones y publicado en Nature Communications, demuestra que el entorno durante la infancia y adolescencia deja una huella estable en el cerebro al activar o desactivar un mismo factor de transcripción, AP-1, que regula la expresión de genes implicados en la plasticidad neuronal y el aprendizaje. Este hallazgo identifica un mediador molecular capaz de traducir experiencias vitales en cambios persistentes en la función cognitiva.

Para llevar a cabo esta investigación, el equipo del laboratorio Mecanismos transcripcionales y epigenéticos de la plasticidad neuronal del IN mantuvo ratones jóvenes en tres condiciones distintas: un entorno enriquecido con juguetes, ruedas para ejercicio y convivencia social; un entorno estándar; y un entorno empobrecido caracterizado por el aislamiento y la ausencia de estímulos. Tras varias semanas en estos ambientes, los animales que habían madurado en un entorno enriquecido mostraron un rendimiento superior en tareas de aprendizaje y memoria, mientras que los criados en entornos empobrecidos obtuvieron peores resultados en las pruebas cognitivas.

Al analizar el cerebro mediante técnicas avanzadas de genómica y epigenética, los investigadores observaron que las experiencias tempranas modulan de manera sostenida la actividad del factor de transcripción AP-1: su activación potencia redes de genes que fortalecen las conexiones entre neuronas, mientras que su reducción atenúa esos mismos procesos. Para validar de forma funcional este hallazgo, el equipo bloqueó experimentalmente el gen Fos, una de las subunidades esenciales del complejo AP-1. En estas condiciones, los ratones no se beneficiaron del entorno enriquecido y se atenuó la mejora cognitiva, lo que demuestra que AP-1 no solo acompaña los cambios inducidos por la estimulación ambiental, sino que es necesario para que se produzcan.

Los ratones criados en entornos enriquecidos muestran mejoras de aprendizaje y memoria gracias a la activación sostenida del factor de transcripción AP-1, el ‘interruptor’ molecular que traduce las experiencias tempranas en cambios duraderos en el cerebro. Fuente: IN CSIC-UMH.

“Sabíamos desde hace décadas que el entorno durante la crianza influye en la capacidad de aprendizaje, pero no conocíamos el mecanismo exacto que lo hacía posible. Hemos identificado un interruptor molecular que traduce esas experiencias tempranas en cambios duraderos en el cerebro”, explica Barco. “Lo sorprendente es que un mismo factor de transcripción actúe como un punto de convergencia para experiencias tan diversas como la estimulación sensorial, el ejercicio o la interacción social. Es una pieza clave que explica cómo el entorno moldea la memoria”, señala el líder del estudio.

El trabajo también revela que el impacto del entorno no es el mismo en todas las neuronas. Mediante el análisis de poblaciones neuronales específicas, los científicos comprobaron que AP-1 responde de forma distinta en las neuronas piramidales de CA1 y en las neuronas granulares del giro dentado, dos poblaciones cruciales para el aprendizaje espacial y la formación de recuerdos. Para Marta Alaiz-Noya, coprimera autora del estudio junto a Federico Miozzo y Miguel Fuentes Ramos, “la activación robusta de AP-1 en entornos enriquecidos pone en marcha programas génicos que permiten al cerebro entrar en modo aprendizaje, reforzando las conexiones neuronales en etapas especialmente sensibles del desarrollo”.

“En conjunto, estos resultados refuerzan la idea de que la estimulación ambiental y las interacciones sociales durante la infancia y adolescencia no solo enriquecen la experiencia vital, sino que dejan una huella biológica tangible en el cerebro. Además, abren la puerta al desarrollo futuro de estrategias terapéuticas que imiten los efectos del entorno enriquecido en trastornos del neurodesarrollo o en situaciones de deterioro cognitivo”, destaca Federico Miozzo.

El artículo ha contado con la colaboración de los investigadores de la Facultad de Matemáticas, Informática y Mecánica de la Universidad de Varsovia (Polonia), que han participado en el análisis bioinformático de los datos de metilación del ADN en los tres ambientes. Este trabajo ha sido posible gracias a la financiación de la Fundación “la Caixa”, la Agencia Estatal de Investigación – Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades, el Instituto de Salud Carlos III, el Fondo Europeo de Desarrollo Regional (FEDER) de la Unión Europea y la Generalitat Valenciana.

Fuente: Instituto de Neurociencias CSIC-UMH (in.comunicacion@umh.es)