El cerebro consume mucha más energía que otros órganos y, curiosamente, sigue siendo un devorador de combustible incluso cuando sus neuronas no están disparando señales entre sí.
En su estudio, publicado en la revista ‘Science Advances’, científicos del Weill Cornell Medicine, en Estados Unidos, identificaron unas diminutas cápsulas llamadas vesículas sinápticas como la principal fuente de consumo de energía en las neuronas inactivas.
Las neuronas utilizan estas vesículas como contenedores de sus moléculas neurotransmisoras, que disparan desde unos puertos de comunicación llamados terminales sinápticos para enviar señales a otras neuronas.
Empaquetamiento de los neurotransmisores
El empaquetamiento de los neurotransmisores en las vesículas es un proceso que consume energía química, y los investigadores descubrieron que este proceso, desde el punto de vista energético, es intrínsecamente permeable, tanto que sigue consumiendo una cantidad significativa de energía incluso cuando las vesículas están llenas y los terminales sinápticos están inactivos.
«Estos hallazgos nos ayudan a entender mejor por qué el cerebro humano es tan vulnerable a la interrupción o debilitamiento de su suministro de combustible«, destaca el autor principal, el doctor Timothy Ryan, profesor de bioquímica y de bioquímica en anestesiología en Weill Cornell Medicine.
El doctor Ryan y su laboratorio han demostrado en los últimos años que los terminales sinápticos de las neuronas, crecimientos en forma de brote desde los que disparan neurotransmisores, son grandes consumidores de energía cuando están activos, y son muy sensibles a cualquier interrupción de su suministro de combustible. En el nuevo estudio examinaron el uso de combustible en los terminales sinápticos cuando están inactivos, y descubrieron que sigue siendo elevado.
Descubrieron que este elevado consumo de combustible en reposo se debe en gran medida a la reserva de vesículas en los terminales sinápticos. Durante la inactividad sináptica, las vesículas están completamente cargadas con miles de neurotransmisores cada una, y están listas para lanzar estas cargas útiles portadoras de señales a través de las sinapsis hacia las neuronas asociadas.
Fuga de energía de la membrana de la vesícula
Pero se preguntaban por qué una vesícula sináptica consume energía incluso cuando está completamente cargada, y descubrieron que existe una fuga de energía de la membrana de la vesícula, un «reflujo de protones», de manera que una enzima especial de la vesícula, la «bomba de protones», tiene que seguir trabajando y consumiendo combustible, incluso cuando la vesícula ya está llena de moléculas de neurotransmisores.
Los experimentos apuntan a unas proteínas denominadas transportadores como fuente probable de esta fuga de protones. Los transportadores normalmente introducen los neurotransmisores en las vesículas, cambiando de forma para llevar el neurotransmisor hacia dentro, pero permitiendo al mismo tiempo que se escape un protón mientras lo hacen.
«El inconveniente de una capacidad de carga más rápida sería que incluso las fluctuaciones térmicas aleatorias podrían desencadenar el cambio de forma del transportador, causando este drenaje continuo de energía incluso cuando no se está cargando ningún neurotransmisor», añade.
El hallazgo supone un avance significativo en la comprensión de la biología básica del cerebro. Además, la vulnerabilidad del cerebro a la interrupción de su suministro de combustible es un problema importante en neurología, y se han observado deficiencias metabólicas en una serie de enfermedades cerebrales comunes, como el Alzheimer y la enfermedad de Parkinson. Esta línea de investigación podría, en última instancia, ayudar a resolver importantes rompecabezas médicos y sugerir nuevos tratamientos.
