Grupo KARTACO: Receptores de kainato (KARs)

Las modificaciones en la eficacia de las sinapsis (conexiones entre neuronas) como consecuencia de sus mecanismos plásticos son el principal sustrato biológico de las capacidades que tiene el cerebro para percibir, aprender o construir recuerdos. Pequeñas alteraciones del funcionamiento de la plasticidad sináptica están en la base de las disfunciones cerebrales y constituyen la base de deficiencias cognitivas. La incorporación y la integración en la Neurociencia de técnicas de biología molecular, genética, electrofisiología o imagen, ha aumentado extraordinariamente nuestro conocimiento de los mecanismos moleculares que provocan cambios de larga duración de la eficacia sináptica. Sin embargo, la contribución funcional de otros mecanismos plásticos, como la plasticidad sináptica a más corto plazo, permanecen poco conocidos, aunque han cobrado importancia en los últimos tiempos. La plasticidad a corto plazo conforma el perfil dinámico de actividad de las sinapsis (es decir, cómo su actividad varía a lo largo del tiempo en el plazo relativamente breve en que se recibe y procesa una señal, de milisegundos a segundos). Cada sinapsis tiene una expresión característica de plasticidad a corto plazo, de tal modo que su eficacia puede debilitarse o fortalecerse con el uso. Un mecanismo clave para la regulación de esta plasticidad son las poblaciones de canales iónicos presinápticos, que se expresan de manera diferente en distintos tipos de sinapsis.
En particular, un elemento sináptico cuyo análisis ha cobrado gran importancia son los receptores de kainato (KARs), entre cuyas funciones puede encontrarse la de regular la dinámica de la comunicación neuronal a corto plazo. Los KARs están presentes, por ejemplo, en las zonas pre- y postsinápticas de las sinapsis entre el tálamo a la corteza cerebral, que conforman la vía de llegada de información sensorial a la corteza, en donde se procesa esta información para generar percepciones y recuerdos. La expresión de KARs en dichas sinapsis parece estar regulada con exquisita precisión durante el desarrollo de un animal: los cambios en esta expresión aparecen correlacionados con la presencia de “periodos críticos” para el establecimiento y plasticidad sináptica y, en definitiva, para el aprendizaje. Esta regulación sugiere que los KARs juegan un papel funcional relevante en la dinámica de la comunicación de información entre tálamo y corteza.
Los objetivos generales de este proyecto son (1)- la evaluación del papel jugado por la plasticidad a corto plazo en la transmisión de información desde el tálamo a la corteza cerebral; (2)- la evaluación de cómo esta plasticidad influye en las propiedades integrativas de esta estructura y (3)- la determinación de las posibles consecuencias patológicas asociadas a su disfunción. Las cuestiones a abordar abarcarán desde la identificación de los mecanismos que regulan la plasticidad a corto plazo hasta los efectos de la misma sobre la representación de estímulos sensoriales complejos. Para ello, nuestra aproximación combinará escalas de descripción desde el nivel molecular sub-sináptico hasta el nivel de circuitos de neuronas en el animal intacto. Utilizaremos técnicas electrofisiológicas y de imagen de calcio, aplicadas al estudio de los efectos de modificaciones moleculares en los KARs: compararemos ratones normales y transgénicos o deficientes de subunidades de los KARs.
Como resultado de estos experimentos, esperamos llegar a entender cómo los KARs determinan la dinámica de la transferencia de información de neurona a neurona y como su alteración puede producir un deterioro en los procesos cognitivos frecuentemente asociados a retrasos mentales (síndrome de Down), enfermedades neurodegenerativas (e.g. enfermedad de Alzheimer) o mentales (autismo, esquizofrenia).