Circuitos cerebrales en comportamientos sociales complejos

Reconstrucción tridimensional de las neuronas de oxitocina y vasopresina en el hipotálamo. /IN-CSIC-UMH

 

CSIC / Un estudio realizado en el Instituto de Neurociencias (IN-CSIC-UMH), centro mixto del CSIC y la Universidad Miguel Hernández, en Elche, ha logrado reconstruir en 3D con una resolución celular sin precedentes los circuitos de oxitocina y vasopresina del cerebro de un ratón en desarrollo. Las alteraciones de estos circuitos podrían estar en la base de trastornos mentales como el autismo, la ansiedad y la agresividad social o la esquizofrenia. Este avance, llevado a cabo por las investigadoras Pilar Madrigal y Sandra Jurado y publicado en la revista Communications Biology, ha sido posible gracia a la combinación de técnicas para transparentar el cerebro y de microscopía de alta resolución.

Las alteraciones de estos circuitos podrían estar en la base de trastornos mentales como el autismo, la ansiedad y la agresividad social o la esquizofrenia

“Nuestro análisis en profundidad del circuito oxitocina-vasopresina en el cerebro del ratón ha revelado que la oxitocina y la vasopresina tienen una dinámica distinta a lo largo del desarrollo embrionario. Es probable que estas adaptaciones modulen las propiedades funcionales de diferentes regiones del cerebro según su etapa de desarrollo, contribuyendo al perfeccionamiento de los circuitos neuronales que están en la base de los comportamientos sociales”, explica Sandra Jurado, directora del laboratorio de Neuromodulación Sináptica y de la Unidad de Neurobiología Celular y de Sistemas del Instituto de Neurociencias.

De estructura muy parecida, la oxitocina y la vasopresina son dos neuropéptidos muy conservados en la escala evolutiva que están implicados en la regulación de comportamientos sociales complejos como el comportamiento maternal o los vínculos de pareja.

Aunque se desconoce cómo la oxitocina y la vasopresina interactúan en el cerebro, numerosos estudios en animales y humanos sugieren que las alteraciones de estos circuitos pueden estar en la base de trastornos mentales caracterizados por déficits en la interacción social, como el autismo, la ansiedad y la agresividad social o la esquizofrenia. “Para nosotros ha sido muy importante identificar cómo se forman estos circuitos durante el desarrollo del cerebro en los ratones, para poder detectar las potenciales alteraciones que podrían estar relacionadas con trastornos sociales”, resalta Jurado, que ha liderado la investigación.

La mayoría de los estudios llevados a cabo hasta la fecha para caracterizar la expresión de las proyecciones de oxitocina y vasopresina han empleado métodos histológicos e hibridación in situ en secciones del cerebro que proporcionan información reveladora, pero que son difíciles de extrapolar a la formación de circuitos tridimensionales en el cerebro.

Además, la mayoría de los trabajos anteriores se centran en el cerebro de rata, aunque un número cada vez mayor de estudios emplean el ratón como modelo experimental, lo que pone de manifiesto la necesidad de disponer de mapas de conectividad más precisos para esta especie de uso común en el laboratorio.

 

Modulación del comportamiento social

Producida en el hipotálamo, la región del cerebro encargada de coordinar funciones esenciales para la supervivencia, la oxitocina actúa como hormona y como neurotransmisor. Esta pequeña molécula de 9 aminoácidos juega un importante papel tanto en funciones básicas como el balance osmótico en especies de invertebrados hasta conductas complejas como la reproducción y las conductas maternales en humanos.

La oxitocina, también es conocida popularmente como la hormona del amor, ya que promueve el contacto social, las preferencias de pareja y el apego posterior

Aunque es más conocida por aumentar la contracción muscular durante el parto, también tiene un papel muy importante en las conductas reproductivas y sociales. Gracias a esta hormona somos capaces de mantener relaciones afectivas con nuestros semejantes. Y una de las relaciones más primitivas y fuertes en mamíferos es precisamente la estrecha relación entre una madre y sus hijos. Además, la oxitocina, también es conocida popularmente como la hormona del amor, ya que promueve el contacto social, las preferencias de pareja y el apego posterior. Además, produce sensación de seguridad y bienestar y reduce el estrés.

De manera similar, la vasopresina promueve el contacto social, la preferencia de pareja y el apego, modula las conductas territoriales frente a posibles rivales del mismo sexo e incrementa la atracción y las conductas sexuales y reproductivas.

 

El ‘cableado’ social

En este estudio, Madrigal y Jurado han implementado la técnica de clarificación IDISCO+, que permite eliminar gran parte del contenido lipídico (graso) del cerebro sin dañar su estructura para hacerlo transparente. Este método, en combinación con la microscopía fluorescente de lámina de luz (Light Sheet), permite generar reconstrucciones en 3D de los sistemas oxitocinérgico y vasopresinérgico de todo el cerebro del ratón, desde el desarrollo temprano hasta la edad adulta, con una elevada resolución celular.

Gracias a esta metodología las investigadoras han podido hacer una clasificación precisa de las células que sintetizan oxitocina y vasopresina en núcleos profundos del cerebro, como el hipotálamo

Gracias a esta metodología las investigadoras han podido hacer una clasificación precisa de las células que sintetizan oxitocina y vasopresina en núcleos profundos del cerebro, como el hipotálamo. Y han observado que los distintos núcleos hipotalámicos muestran marcadas diferencias en la expresión de oxitocina y vasopresina durante el desarrollo embrionario. Durante las etapas tempranas del neurodesarrollo hay una elevada presencia de células mixtas (de oxitocina y vasopresina) que decae en la mayoría de los núcleos hipotalámicos a medida que en etapas posteriores.

“Es probable que estas adaptaciones dinámicas permitan modular los niveles de oxitocina y vasopresina en diferentes regiones del cerebro según la etapa de desarrollo, contribuyendo así al perfeccionamiento de los circuitos neuronales que están en la base de los comportamientos sociales”, destacan las investigadoras. Estas adaptaciones presentan diferencias entre el cerebro del ratón y la rata, por lo que este estudio supone un nuevo referente para los investigadores que estudian el comportamiento social basándose en modelos murinos, cuyo neurodesarrollo comparte muchas características con el cerebro humano.

Referencia bibliográfica:
Madrigal, M.P., Jurado, S. Specification of oxytocinergic and vasopressinergic circuits in the developing mouse brain. Commun Biol 4, 586 (2021). DOI:/10.1038/s42003-021-02110-4

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