Las células nerviosas necesitan mucha energía y oxígeno. Ambos reciben a través de la sangre. Esta es la razón por la que el tejido nervioso suele estar atravesado por una gran cantidad de vasos sanguíneos. Pero, ¿qué impide que las neuronas y las células vasculares se interpongan entre sí a medida que crecen? Investigadores de las Universidades de Heidelberg y Bonn, junto con socios internacionales, han identificado un mecanismo que se encarga de esto. Los resultados han aparecido ahora en la revista Neuron.
Las células nerviosas están extremadamente hambrientas. Aproximadamente una de cada cinco calorías que consumimos a través de los alimentos va a nuestro cerebro. Esto se debe a que generar pulsos de voltaje (los potenciales de acción) y transmitirlos entre neuronas consume mucha energía. Por esta razón, el tejido nervioso suele estar atravesado por numerosos vasos sanguíneos. Aseguran un suministro de nutrientes y oxígeno.
Durante el desarrollo embrionario brotan una gran cantidad de vasos en el cerebro y la médula espinal, pero también en la retina del ojo. Además, allí se forman masas de neuronas, que se conectan entre sí y con estructuras como músculos y órganos. Ambos procesos tienen que ser considerados el uno con el otro para no interponerse en el camino del otro. “Hemos identificado un nuevo mecanismo que asegura esto”, explica la Prof. Dra. Carmen Ruiz de Almodóvar, miembro del Clúster de Excelencia ImmunoSensation2 y del Área de Investigación Transdisciplinaria Life & Health de la Universidad de Bonn.
La investigadora se trasladó al Instituto de Biología Celular Neurovascular del Hospital Universitario de Bonn a principios de 2022. Desde esta primavera, ha ocupado una de las Cátedras Schlegel especiales establecidas, con las que la universidad pretende atraer investigadores destacados a Bonn. Sin embargo, la mayor parte de la investigación aún se realizaba en su antiguo lugar de trabajo, el Centro Europeo de Angiociencia de la Facultad de Medicina de Mannheim, que forma parte de la Universidad de Heidelberg. Luego, el trabajo se completó en la Universidad de Bonn. En su estudio, ella y sus socios internacionales observaron de cerca la formación de vasos sanguíneos en la médula espinal de ratones.
Pausa de crecimiento en la columna
« La aparición de vasos sanguíneos en la médula espinal comienza en los animales alrededor de 8,5 días después de la fertilización », dice. « Sin embargo, entre los días 10,5 y 12,5, los vasos sanguíneos no crecen en todas las direcciones. Esto es a pesar del hecho de que hay grandes cantidades de moléculas que promueven el crecimiento en su entorno durante este tiempo. En cambio, durante este tiempo, numerosas células nerviosas. – las neuronas motoras – migran desde su lugar de origen en la médula espinal hasta su posición final. Allí, luego forman extensiones llamadas axones que van desde la columna hasta los diversos músculos de destino ».
Esto significa que las motoneuronas se autoorganizan y crecen en el momento en que los vasos sanguíneos no crecen hacia ellas. Solo entonces, después, los vasos comienzan a brotar nuevamente. “Todo parece un baile cuidadosamente coreografiado”, explica José Ricardo Vieira. El estudiante de doctorado en el grupo de investigación de Ruiz de Almodóvar hizo gran parte del trabajo en el estudio. « En el transcurso de esto, cada socio tiene cuidado de no interponerse en el camino del otro ».
Pero, ¿cómo se coordina este baile? Aparentemente, por las neuronas motoras gritando un mensaje de « alto, ahora es mi turno » a las células vasculares. Para ello, utilizan una proteína que liberan en su entorno, la semaforina 3C (Sema3C). Se difunde a las células vasculares y se acopla allí en un receptor llamado PlexinD1; en cierto sentido, este es el oído para el que está destinado el mensaje molecular.
Las células vasculares sordas crecen sin control
“Cuando detenemos la producción de Sema3C en las neuronas de los ratones, se forman vasos sanguíneos prematuramente en la región donde se encuentran estas neuronas”, explica el Prof. Ruiz de Almodóvar. « Esto evita que los axones de las neuronas se desarrollen correctamente; los vasos les impiden hacerlo ». Los investigadores lograron un efecto similar cuando detuvieron experimentalmente la formación de PlexinD1 en las células vasculares: dado que estas ahora eran sordas a la señal Sema3C de las neuronas, no dejaron de crecer sino que continuaron brotando.
Los resultados documentan la importancia del funcionamiento coordinado de los dos procesos durante el desarrollo embrionario. Estos hallazgos también podrían contribuir a una mejor comprensión de ciertas enfermedades, como los defectos de la retina causados por un crecimiento fuerte y descontrolado de los vasos. El uso del mecanismo recién descubierto también puede ayudar potencialmente a regenerar áreas cerebrales destruidas, por ejemplo, después de una lesión en la médula espinal, a largo plazo.
Instituciones participantes y financiación :
Además de la Universidad de Heidelberg y su Facultad de Medicina de Mannheim, el Hospital Universitario de Bonn y la Universidad de Bonn, el Instituto Científico San Raffaele de Milán, el University College London y el Centro Alemán de Enfermedades Neurodegenerativas de Bonn participaron en el estudio. El trabajo fue apoyado financieramente por la Fundación Alemana de Investigación (DFG) y el Consejo Europeo de Investigación (ERC).