La Domenica Del Corriere - El óxido nítrico sostiene la memoria de los pulpos sin síntesis de proteínas

Un equipo de investigación internacional ha descubierto que los pulpos emplean un mecanismo biológico radicalmente diferente al de los mamíferos para consolidar la memoria y el aprendizaje. Según un estudio publicado en The Journal of Neuroscience, estos cefalópodos son capaces de mantener fortalecidas las conexiones entre sus neuronas durante horas sin necesidad de sintetizar nuevas proteínas, un proceso considerado esencial en la formación de recuerdos en otros animales.

La investigación fue liderada por el laboratorio de Binyamin Hochner, de la Universidad Hebrea de Jerusalén, en colaboración con el equipo de Tal Shomrat, del Centro Académico Ruppin en Israel. Ana Luiza Turchetti-Maia, autora principal del trabajo, realizó experimentos in vitro utilizando tejido cerebral de pulpos comunes para analizar cómo se sostienen las uniones sinápticas tras recibir estímulos específicos.

Los pulpos poseen aproximadamente 500 millones de células nerviosas, lo que los convierte en los animales invertebrados con el sistema nervioso más desarrollado. Una región crítica de su cerebro, conocida como el lóbulo vertical, cumple una función análoga al hipocampo humano: facilita el aprendizaje visual y la formación de memorias a largo plazo. Investigaciones previas del equipo de Hochner, datadas en 2008, ya habían demostrado que saturar las conexiones de este lóbulo provocaba la pérdida de capacidad para formar nuevos recuerdos duraderos. Un mapeo neuronal publicado en eLife en 2023 identificó cerca de 25 millones de células nerviosas en esa zona, la mayoría recibiendo señales de una única fibra nerviosa.

Estudios anteriores de la década de 1990 ya habían señalado al óxido nítrico como un actor clave en estos procesos. El bloqueo de este gas interrumpía tanto el aprendizaje táctil como el visual, y pruebas posteriores confirmaron que la enzima responsable de su producción era especialmente activa en el lóbulo vertical.

Para la nueva investigación, los científicos estimularon las fibras nerviosas con cuatro ráfagas rápidas de 20 pulsos cada una y midieron las respuestas cada 30 segundos. Posteriormente, utilizaron fármacos para inhibir la óxido nítrico sintasa, la enzima que genera el gas. Contrario a lo esperado por los investigadores, las conexiones neuronales continuaron fortaleciéndose incluso cuando los bloqueadores estaban presentes.

Un sensor de fibra de carbono insertado en el tejido detectó un aumento significativo de óxido nítrico tras la estimulación. Las mediciones sugirieron niveles aproximadamente 1.000 veces superiores a los necesarios para activar su vía de señalización más conocida. Ante estas concentraciones, los científicos sospechan que el gas se une directamente a las proteínas y altera su funcionamiento.

Cuando los fármacos bloqueadores se aplicaron después de que las uniones ya se habían fortalecido, el efecto fue notable: uno redujo la respuesta fortalecida en un promedio del 63% y otro en un 82%. Al retirar los bloqueadores, la fuerza de los enlaces se recuperó, lo que indicó que las conexiones requieren un suministro continuo de óxido nítrico para sostener su mayor actividad.

El óxido nítrico administrado de forma aislada no produjo un fortalecimiento duradero. Una dosis breve mantuvo el efecto por apenas unos minutos, mientras que una exposición prolongada llegó a dañar las fibras nerviosas. A partir de estos resultados, los investigadores propusieron un circuito de retroalimentación en el que la actividad neuronal estimula la producción de óxido nítrico y este mantiene activa la enzima responsable de generarlo, permitiendo sostener la respuesta sin depender exclusivamente de una liberación inicial.

Para verificar la independencia del proceso respecto a la síntesis proteica, los investigadores bloquearon la producción de proteínas con anisomicina durante dos horas y media. Las conexiones se mantuvieron fortalecidas durante al menos 10 horas. La eficacia del fármaco se confirmó mediante un marcador fluorescente: el tejido sin tratar brilló intensamente, mientras que el tratado mostró casi ninguna luminosidad.

Al revisar once experimentos con inhibidores del óxido nítrico, los investigadores identificaron dos patrones de respuesta distintos. En el primer grupo, observado en cinco pruebas, el fármaco eliminó casi por completo el fortalecimiento neuronal, con una reducción promedio del 97%. Sin embargo, tras retirar el bloqueador y aplicar nueva estimulación, las uniones respondieron con una fuerza 2,6 veces mayor que la habitual, indicando que podían recuperar su capacidad de potenciación.

En el segundo grupo, compuesto por seis experimentos, el fármaco actuó de manera más lenta y menos drástica, reduciendo el fortalecimiento en un 72% pero sin eliminarlo totalmente. Cuando se intentó una nueva estimulación, los enlaces apenas respondieron. A diferencia del primer grupo, el sistema no se borró sino que quedó frenado, perdiendo la capacidad de volver a potenciarse.

Los investigadores atribuyen esta diferencia al estado inicial de cada conexión: las que reaccionaron más rápido eran inicialmente más débiles y tenían activo un interruptor molecular que el bloqueador logró apagar por completo. La ubicación dentro del lóbulo también influyó, con respuestas rápidas concentradas en la sección central y lentas en las secciones externas.

Los autores advierten que los experimentos se realizaron sobre tejido aislado en una placa de Petri y no sobre pulpos realizando tareas de aprendizaje. Además, la mayoría de las comparaciones involucraron solo cinco o seis cortes de cerebro por grupo. Tampoco consideran que este interruptor molecular explique por sí solo la formación de memorias duraderas. Investigaciones anteriores mostraron que extirpar el lóbulo vertical después del entrenamiento no impedía a los ejemplares recordar lo aprendido, sugiriendo que esta zona es clave durante el aprendizaje inicial antes de que los recuerdos se consoliden en otras regiones donde sí participan nuevas proteínas.

El equipo trabaja ahora en identificar los cambios moleculares específicos involucrados para comprender cómo se desarrolló este sistema y qué papel desempeña en el aprendizaje.

P.Oliviero--LDdC