El misterio de las neuronas y su ciclo celular

Irina Vázquez Villaseñor

Las neuronas son mis células favoritas – ¡por algo soy neurocientífica! – y aunque es cierto que nuestro cerebro no solo está formado de neuronas (también lo forman los astrocitos, la microglía y los oligodendrocitos), estas células son misteriosas y guardan todavía muchos secretos sobre su funcionamiento que hacen que, para mí, sean muy especiales.

Figura 1. El ciclo celular y cada una de sus fases. Durante las fases G1, S (síntesis) y G2, todos los componentes celulares que van a formar a las células hijas se duplican, además de que se verifica que no haya errores durante esta duplicación. Durante la mitosis (M) ocurre la división celular que resulta en las dos células hijas. A las fases G1, S y G2 en conjunto también se les identifica como Interfase (I). Las neuronas maduras mantienen su ciclo celular detenido en la fase G0 pero lo reactivan, pasando a G1, para poder reparar lesiones en su ADN. Crédito de imagen: Richard Wheeler (Zephyris), 2006, disponible en Wikipedia.

Una de las características de las neuronas que más llaman mi atención es su ciclo celular. El ciclo celular es el mecanismo que usan las células eucariotas (es decir, las células con el material genético confinado en un núcleo definido) para dividirse y repartir por igual su material genético, o ADN, entre dos células hijas. El ciclo celular es como un reloj que marca varias fases durante las cuales la célula se prepara para dividirse (véase Figura 1). Como en reacción en cadena, la célula va activando una fase tras otra; en cada fase se activa maquinaria especializada que está a cargo de formar a las células hijas y de vigilar que el ciclo celular ocurra de forma eficiente y exacta, evitando así errores que puedan llevar a las células hijas a la catástrofe.

Todas las células de nuestro cuerpo cuentan con la maquinaria especializada del ciclo celular, pudiendo así generar nuevas células para reemplazar aquellas que han muerto por distintas razones. Sin embargo, éste no es el caso de las neuronas. Una vez que estas células cerebrales se forman y se convierten en células maduras, también llamadas diferenciadas, las neuronas se estacionan en una fase del ciclo celular llamada fase 0 (G0) y pierden la capacidad de formar células hijas (aunque hay algunas zonas en el cerebro adulto donde la neurogénesis, o formación de nuevas neuronas, sí ocurre, pero bajo condiciones muy específicas). ¿Entonces, qué pasa con toda la maquinaria del ciclo celular en las neuronas maduras?  ¿También se pierde? La respuesta es “no”, y a continuación veremos por qué.

Hace algunos años, un grupo de investigación observó que las neuronas maduras pueden salir de la fase 0 y reactivar su ciclo celular, pero no precisamente para formar células hijas [1]. Resulta que las neuronas reactivan su ciclo celular como respuesta a un daño directo a su ADN. El ADN es una molécula formada por dos cadenas que guarda el código genético dentro de cada célula de nuestro cuerpo, y es muy frágil. Ciertas condiciones dañinas, como la radiación o el estrés oxidativo, pueden causar lesiones al ADN que resultan en cortes en una o en las dos cadenas que lo conforman. Las neuronas, así como los demás tipos celulares, pueden reparar estos cortes al ADN (véase Figura 2) pero, para ello, primero los tienen que detectar. Esto ocurre a través de programas de detección celulares que, cuando identifican una lesión en el ADN, la marcan como cuando se colocan conos fosforescentes en el camino para que los automovilistas vean un agujero. En las neuronas, estos programas de detección y reparación de daño al ADN no pueden ocurrir sin que antes éstas abandonen la fase 0 y reactiven su ciclo celular. Una vez localizado y reparado el daño al ADN, las neuronas detienen su ciclo y vuelven a estacionarse en la fase 0.

Figura 2. El ADN (DNA) puede sufrir distintos tipos de lesiones, pero los cortes en una (single-strand break) o en ambas cadenas (double-strand break) son de las lesiones más problemáticas. Crédito de imagen: Wikimedia.

Este descubrimiento es muy importante porque nos muestra que el ciclo celular neuronal es de gran importancia para proteger a las neuronas del daño directo a su ADN. A su vez, también nos hace preguntarnos qué pasaría si esa reactivación del ciclo celular se diera de manera anormal o, si al final, después de reparado el daño, las neuronas no regresaran a la fase 0 y avanzaran hasta la fase de mitosis (es decir, cuando se forman las células hijas).

Figura 3. Neuronas humanas maduras cultivadas en el laboratorio. El núcleo de las neuronas, en donde se encuentra al ADN, se observa de color azul, mientras que el cuerpo de las neuronas se ve de color verde. Crédito de imagen: Irina Vázquez Villaseñor.

Todas estas cuestiones ya se han empezado a investigar, sobre todo en relación al desarrollo de enfermedades neurodegenerativas, como la enfermedad de Alzheimer. Ahora, los científicos nos preguntamos si una de las causas del deterioro cerebral observado en estas enfermedades podría ser debido a un inicio anormal del ciclo celular en neuronas maduras como respuesta a un daño crónico en el ADN. Para resolver este misterio, todavía nos faltan muchas pistas que nos ayuden a entender con más detalle el funcionamiento de las neuronas y su ciclo celular, pero estamos listos y emocionados por lo que podamos descubrir sobre estas células tan especiales.

 

 

 

 

 

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Por Irina Vázquez Villaseñor (@Irina_Grishin). Investigadora postdoctoral en el Sheffield Institute for Translational Neuroscience, Universidad de Sheffield, UK.

Más información:

  1. Tomashevski A., et al. (2010)
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