L'estudi de les neurociències revela que pot existir un interruptor fora de perill per a les convulsions cerebrals

El cervell és un instrument de precisió. La seva funció depèn de l'activitat elèctrica calibrada de manera fina que provoca l'alliberament de missatges químics entre neurones.

Però de vegades l’equilibri acurat del cervell és eliminat de control, com en l’epilèpsia. L’electroencefalografia o EEG visualitza l’activitat elèctrica d’un cervell i pot revelar com una convulsió epilèptica divergeix del patró d’ona predicible de l’activitat cerebral típica.

Però la medicina encara no té una solució a l’epilèpsia. Hi ha una possibilitat limitada de predir una convulsió i no hi ha manera d’intervenir fins i tot quan es pot predir. Tot i que hi ha disponibles productes farmacèutics per a persones que tracten l’epilèpsia, estan plens d’efectes secundaris i no funcionen per a tothom.

Treballant en un problema al meu laboratori de neurociències, quan em deixo d’imaginar l’espantós que podria ser viure amb un cervell fora de control d’aquesta manera, em motiva realment. Podria haver una manera de recuperar el control d’aquestes neurones deshonestos? M'he centrat en com un compartiment específic de cada cèl·lula cerebral podria ajudar-nos a fer això.

Un interruptor de substitució per a l'activitat cerebral

Des que era estudiant universitari, he estat fascinat per una part de la neurona anomenada segment axonal inicial. Cada neurona conté aquest petit compartiment. És on una neurona "decideix" disparar un senyal elèctric, enviant un missatge químic a la cel·la següent.

Hi ha connexions especialitzades que poden exercir un control potent; poden anul·lar la "decisió" pròpia de la cèl·lula sobre disparar. Aquest mecanisme de control existeix per organitzar o modelar l’activitat cerebral: un requisit per a gran part del nostre comportament.

Per exemple, per adormir-se, l’activitat cerebral s’ha de reduir a una oscil·lació lenta. En canvi, una concentració forta en un problema requereix que el patró es reculli, produint una oscil·lació ràpida. Una incapacitat per produir i regular aquests patrons d’activitat cerebral s'ha relacionat amb nombrosos trastorns del cervell.

Quan els segments inicials d’axons de nombroses neurones reben tot un senyal de silenci al mateix temps, es tradueix en una depressió en el patró d’ona de l’EEG. Això vol dir que calma l’activitat del cervell, cosa que, en condicions normals, seria útil per moure's entre els estats relaxats i els que dormen.

Si els investigadors podrien aprofitar el poder d’aquestes connexions inhibidores, podríem restablir el patró d’activitat del cervell quan vulguem. Pot ser una manera de retirar el control d’un cervell epilèptic.

Molècules que mediten el missatge

Per començar a entendre com regular aquest poder del segment inicial de l’axó, els meus companys i jo havíem de comprendre per primera vegada les associacions moleculars en aquestes connexions. Perquè l’inhibició sigui efectiva en el segment inicial de l’axó, ha d’haver l’equip adequat disponible per rebre el senyal. En el cas de la inhibició del cervell, aquest equip és el receptor GABA A.

Amb els col·laboradors Hans Maric i Hermann Schindelin, vam identificar una associació estreta i exclusiva entre dues proteïnes: la subunitat α2 del receptor GABA A i la collybistina. Esbrinar la relació estreta entre aquestes dues molècules respon a algunes preguntes obertes sobre com les proteïnes dels llocs de contacte inhibidors poden estar interactuant. Sabíem que la subunitat del receptor α2 del GABA A es troba al segment inicial de l’axó, però els investigadors no van entendre com arriben o es mantenen allà. El collybistin podria ser clau.

Així que ara pensem que aquestes dues proteïnes podrien estar treballant junts al segment inicial de l’axó. Per seguir endavant, el meu tutor postdoctoral Stephen Moss i jo volíem entendre quines implicacions podria tenir aquesta relació per a les connexions al segment inicial de l’axó i, finalment, com funciona el cervell. Per intentar comprovar-ho, vam crear una mutació genètica que va provocar que les dues proteïnes no poguessin connectar-se.

De fet, les neurones de ratolins amb aquesta mutació van perdre connexions inhibidores al segment inicial de l’axó. Les connexions inhibidores a altres parts de les cèl·lules cerebrals es van mantenir intactes, de nou recolzant la idea que aquesta associació de proteïnes és exclusiva, i especialment important en el segment inicial dels axons.

Els ratolins amb aquesta mutació experimenten convulsions durant el desenvolupament. Quan es converteixen en adults, aquests ratolins ja no mostren signes conductuals de convulsions. En algunes formes d'epilèpsia pediàtrica, els nens també poden "superar" les convulsions. Així doncs, aquesta mutació és extremadament valuosa per proporcionar un possible model d'epilèpsia pediàtrica humana. Esperem que ens pugui ajudar a entendre més clarament el que succeeix al cervell durant l’epilèpsia, i també a dissenyar i provar millors teràpies, com el compost selectiu desenvolupat per AstraZeneca els científics dels quals també van contribuir a aquest projecte.

Un pas quantitatiu però primerenc

Els neurocientífics han especulat des de fa temps sobre l'associació entre el receptor GABA A i el collybistin. Ara els nostres resultats, publicats recentment a Nature Communications, definiu-la quantitativament.

Tot i que sabem que els receptors GABA A - que responen al neurotransmissor GABA - controlen la senyalització inhibidora, encara descobrim com funciona tot. La senyalització de GABA és diversa, amb diversos tipus de connexió que exerceixen un control diferent sobre l’activació de cèl·lules, cosa que necessitem per entendre. I la disfunció en la senyalització de GABA també està implicada en una sèrie d’altres trastorns del cervell, a més de l’epilèpsia.

L’objectiu final d’aquesta investigació és dissenyar tractaments que puguin controlar les connexions inhibidores al segment inicial de l’axó. Ens agradaria estar a càrrec d’aquest interruptor, capaç de desactivar l’excés de control neuronal fora de control vist durant l’atac epilèptic.

Estic imaginant vida amb epilèpsia, i també estic imaginant la vida sense ella.

Aquest article va ser publicat originalment a The Conversation de Rochelle Hines. Llegiu l'article original aquí.