Recreación de las neuronas comunicándose en el cerebro. Whitehoune / Shutterstock

El autismo afecta, al menos, al 2% de los niños en Estados Unidos, o lo que es lo mismo, a uno de cada 59. La enfermedad supone todo un reto tanto para los que la sufren como para sus padres o sus cuidadores. La situación se ve agravada por la ausencia de tratamiento médico debido, en gran parte, a que aún no hemos logrado comprender en toda su extensión cómo se desarrolla el autismo y cómo altera las funciones cerebrales.

Una de las principales razones por las que resulta tan complicado descifrar los procesos que provocan el trastorno es su elevada variabilidad. Pero entonces, ¿cómo podemos entender de qué manera el autismo cambia el cerebro?

Con la ayuda de una novedosa tecnología consistente en la secuenciación del ARN de células individuales, analizamos la química existente dentro de determinadas células cerebrales tanto en personas que sufren autismo como en individuos que no padecen ningún trastorno. Los resultados arrojaron diferencias considerables entre unos y otros que podrían ser el motivo de la enfermedad. Estas diferencias que parecen ser específicas del autismo, podrían resultar de gran utilidad para el desarrollo de nuevos medicamentos.

Trabajo como neurocientífico en el laboratorio de Arnold Kriegstein, investigador del desarrollo del cerebro humano en la Universidad de California, San Francisco. Desde la adolescencia me sentía fascinado por las similitudes entre el cerebro y los ordenadores.

Los procesadores conducen un flujo de información a través de elementos electrónicos interconectados llamados transistores. Al establecer conexiones entre estos pequeños componentes se crea un complejo mecanismo capaz de desarrollar funciones que van desde procesar pagos con una tarjeta de crédito hasta el pilotaje autónomo de una nave espacial. Si lo simplificamos hasta el extremo, el cerebro humano es, en muchos casos, como un ordenador. Posee células conectadas entre sí, las neuronas, que procesan y dirigen el flujo de información mediante un proceso llamado transmisión sináptica, en el cual una neurona envía información a otra.

Cuando comencé a dedicarme a la ciencia profesionalmente me di cuenta de que multitud de enfermedades del cerebro humano se deben al funcionamiento defectuoso de determinados tipos de neuronas, de la misma manera que un transistor puede no desempeñar correctamente su función dentro de un circuito impreso, ya sea por un error de fábrica o por el desgaste producido por el uso.

La importancia de los mensajes transmitidos por el ARN en la función cerebral

Todas las células de cualquier organismo vivo están compuestas por los mismos tipos de biomoléculas. Algunas, las llamadas proteínas, crean estructuras celulares, catalizan las reacciones químicas y llevan a cabo otras funciones dentro de la propia célula.

El ADN y el ARN, dos tipos de moléculas relacionadas entre sí, están compuestas por secuencias de tan solo cuatro elementos básicos y sirven para que la célula guarde información. El ADN almacena la información hereditaria a largo plazo, mientras que el ARN almacena datos recientes que indican el nivel de actividad de un gen y qué cantidad de una proteína determinada debe desarrollar una célula. Al elaborar un recuento del número de moléculas de ARN que transmiten el mismo mensaje, los investigadores pueden obtener una idea clara de los procesos que tienen lugar dentro de la célula.

En cuanto al cerebro, los científicos pueden medir el ARN de las células individuales, identificar el tipo de célula cerebral de que se trata y analizar los procesos que tienen lugar dentro de ella (la transmisión sináptica, por ejemplo). Al comparar los análisis de ARN de las células cerebrales de personas que no han sido diagnosticadas con ninguna enfermedad cerebral con aquellos realizados con pacientes con autismo, los investigadores podemos averiguar qué procesos son diferentes y en qué células ocurren.

Sin embargo, hasta hace poco no era posible la medición simultánea de las moléculas de ARN en una célula individual. En su lugar, los científicos podían llevar a cabo estos análisis a partir de una porción de tejido cerebral que contenía millones de células distintas. Existía, no obstante, una complicación notable: solo se podía acceder a la corteza cerebral de pacientes fallecidos.

La última tecnología puede identificar las neuronas afectadas en el autismo

Ahora, los avances conseguidos en el ámbito tecnológico han permitido a nuestro equipo medir el ARN presente en el núcleo de una célula cerebral individual. Este contiene tanto el genoma como moléculas de ARN sintetizadas recientemente. Esta estructura permanece intacta incluso después del fallecimiento del individuo, por lo que puede ser extraída del tejido cerebral muerto (o post mórtem).

Neuronas en las capas externa (izquierda) y profunda de una corteza cerebral humana en desarrollo.
Chen & Kriegstein, 2015 Science/American Association for the Advancement of Science, CC BY-SA

Al analizar los núcleos de las células individuales de los cerebros de individuos fallecidos con y sin autismo pudimos obtener un perfil del ARN de cerca de 100.000 sujetos.

Tras comparar la información extraída de determinadas células cerebrales de personas con la enfermedad y sin ella, descubrimos que algunos tipos de células específicas del autismo mostraban un mayor número de alteraciones que otras.

En particular, encontramos que algunas neuronas, concretamente las neuronas corticales (las encargadas de posibilitar el intercambio de información entre las diferentes regiones de la corteza) poseen una cantidad insólita de proteínas codificadoras del ARN en la sinapsis (los puntos de contacto entre neuronas en los que las señales son transmitidas de una célula nerviosa a otra). Estos cambios fueron detectados en regiones fundamentales para el desarrollo de las funciones cognitivas de orden superior, como las interacciones sociales.

Este descubrimiento significa que, en este tipo de neuronas, la sinapsis no funciona correctamente, lo que genera cambios en las funciones cerebrales. En nuestro estudio demostramos que las neuronas que poblaban la capa exterior de la corteza exhibían cantidades de ARN muy diferentes en comparación con las mismas células en personas sanas, lo cual se apreciaba aún con más claridad en pacientes autistas que padecían los síntomas más severos, como la incapacidad para hablar.

Los últimos resultados obtenidos revelan que la sinapsis neuronal en las capas externas de la corteza cerebral no funciona de manera correcta en muchas persona autistas.
CI Photos/Shutterstock.com

Las células gliales también se ven afectadas en el autismo

Además de las neuronas directamente responsables de la comunicación sináptica, también observamos cambios en el ARN de otras células no neuronales, las llamadas glías. Estas juegan un papel importante en la regulación del funcionamiento de las neuronas, incluida la forma en la que envían y reciben mensajes mediante la sinapsis. Las células gliales también pueden tener una influencia decisiva en las causas del autismo.

¿Qué importancia tienen estos descubrimientos para el futuro tratamiento médico del autismo?

Tras interpretar los resultados, mis compañeros y yo entendemos que las partes del entramado sináptico esenciales para enviar señales y transmitir información en las neuronas de las capas externas de la corteza podrían estar deterioradas en muchas personas autistas, lo que explicaría el anómalo funcionamiento cerebral.

Si somos capaces de reparar dichos puntos o, al menos, ajustar las funciones neuronales para conseguir un funcionamiento cercano al normal, los pacientes podrían ver aliviados los síntomas en gran medida. Los estudios realizados servirán para la creación de medicamentos y terapias genéticas para determinados tipos de células del cerebro. Numerosos científicos, entre los que me incluyo, creemos que estos avances serán indispensables para el desarrollo de tratamientos del autismo en el futuro.

The Conversation

Dmitry Velmeshev does not work for, consult, own shares in or receive funding from any company or organization that would benefit from this article, and has disclosed no relevant affiliations beyond their academic appointment.

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Author: Dmitry Velmeshev, Postdoctoral Scholar, University of California, San Francisco