- Hallazgos indican que señales anormales de calcio dentro de las neuronas, inhiben la función de aprendizaje y memoria, pudiendo originar Alzheimer.

Doctora Cecilia Hidalgo, Premio Nacional de Ciencias e integrante del Centro de Estudios Moleculares de la Célula, (CEMC), realiza importantes hallazgos sobre el calcio, elemento vital para el funcionamiento del corazón, el músculo esquelético y la sinapsis neuronal, entre otros procesos. Sus estudios, reconocidos mundialmente, también podrían explicar el origen de enfermedades, tales como el Alzheimer.

Más allá de su rol en la formación de huesos y dientes, el organismo necesita utilizar calcio todo el tiempo. Según explica la especialista, una señal de este ion  “es un aumento controlado y bien acotado en el tiempo de su concentración intracelular”, tan imprescindible que sin él, no existiría la contracción del músculo cardíaco que permite efectuar los latidos, y por ende, no habría vida. En un artículo publicado recientemente en la revista Science, la doctora Hidalgo explica cómo ocurren estos procesos de la función cardíaca.

Las investigaciones realizadas en células, tejidos y roedores  -y que podrían sentar las bases para futuros blancos terapéuticos-, cuentan con el apoyo de Andrea Paula-Lima, doctora en Química Biológica de la Universidad Federal de Río de Janeiro y experta en Alzheimer, entre otros doctores, estudiantes y técnicos que integran el Laboratorio de Transducción de Señales Mediadas por Calcio, que dirige la doctora Hidalgo.

El rol de la oxidación

Un  elemento fundamental y novedoso en los hallazgos es la importancia vital de la oxidación celular en la generación de señales de calcio. Según explica, “cuando envejecemos nos vamos oxidando”, lo que puede provocar un stress oxidativo, un desbalance en nuestro cerebro y pérdida de algunas funciones importantes. Sin embargo, un estado basal de oxidación es fundamental cuando se presenta de forma equilibrada, ya que gracias a éste se puede generar la chispa de calcio. “Nuestro descubrimiento señala que la generación de señales de calcio que se producen por liberación de calcio desde depósitos que existen al interior de las células, está controlada por procesos de oxidorreducción de la célula. Si las células tienen un nivel normal de oxidación, se produce  la apertura de canales que liberan calcio hacia el citoplasma desde depósitos internos. Esos canales específicos se llaman receptores de ryanodina. Y su apertura genera la señal de calcio en el corazón, que permite que este músculo se contraiga en cada latido”.

La investigación constituye una novedad a nivel científico mundial. “El hallazgo nuestro es que estos canales intracelulares tienen una función en las neuronas que hasta ahora se había considerado poco. Todos se han centrado más en estudiar la liberación de calcio en el músculo y nosotros nos fijamos en la neurona, donde la activación conjunta de estos canales por la oxidación y por el calcio que entra a la célula, juega un papel central en la función neuronal”, explica la doctora Hidalgo. Por otro lado, señala que esta condición es diferente según el tipo de tejido, y que el corazón cuenta con un nivel oxidativo  más alto que las neuronas. “Si por ejemplo, en el corazón cambiáramos este estado de oxidorreducción que está cerca del máximo y lo lleváramos a un estado muy reductor, éste dejaría de latir”.

De esta manera, calcio y oxidación son elementos vitales y de doble filo, lo cual también interpela el uso de antioxidantes. “Si tuvieras un nivel celular demasiado alto de antioxidantes estarías protegida del daño oxidativo, pero no tendrías señales de calcio y perderías la comunicación entre neuronas que subyace los procesos de memoria y aprendizaje”. Del mismo modo, explica que la señal de calcio tiene un nivel de frecuencia, duración e intensidad que determina su función. Así, cuando éste se libera de forma muy prolongada y la señal es excesiva, se produce un daño celular que puede complicar el desarrollo normal de funciones esenciales y finalmente, llevar a la muerte de la célula.

El calcio y el Alzheimer

Uno de los focos del CEMC, es la comprensión de los procesos moleculares con fines biomédicos, que sirvan de base en el desarrollo futuro de terapias para múltiples enfermedades. Dentro de esta misión, se están realizando avances para entender los orígenes del Alzheimer, enfermedad neurodegenerativa que en Chile afecta al 7% de los adultos mayores de 60 años. Según explica la doctora Hidalgo “las señales de calcio normales, participan en la generación de nuevas memorias, lo que está asociado a cambios en la estructura del cerebro y síntesis de nuevas proteínas”. Este proceso indispensable para el aprendizaje, requiere aumentos de calcio en el núcleo de la neurona, elemento que, según postulan, llegaría hasta el núcleo desde sus sitios de entrada a la célula neuronal, que están lejos del núcleo, a través de la propagación de la señal de calcio mediada por los canales receptores de ryanodina.

Sin embargo, se descubrió que cuando las neuronas producen altas concentraciones de un péptido llamado beta-amiloide, se generan agregados solubles de este péptido (oligómeros) que producen un excesivo aumento de especies oxidantes, lo que a su vez provoca señales anormales de calcio, peligrosas para la función cerebral. “Esto puede producir desbalance en los procesos normales de las neuronas, que a la larga conllevan a la muerte de las mismas”, explica la doctora Andrea Paula-Lima, especialista en Alzheimer.

Los experimentos que se han realizado en modelos celulares y tejidos, indican entonces, que debido a la formación de agregados solubles de beta-amiloide, se inhibiría la función de memoria y aprendizaje. Esta apreciación se suma a otros estudios en cerebros postmorten de pacientes con Alzheimer, donde según explica la doctora Hidalgo, otros investigadores han encontrado altas concentraciones de los agregados del  péptido.

Estudios en ratas

Actualmente, las investigaciones de su grupo se desarrollan en modelo animal, a fin de comprobar la importancia de las señales de calcio normales en la producción de memoria. “Hemos avanzado un tercio del camino, y lo que estamos tratando de hacer ahora es un apagamiento genético. Para ello, estamos utilizando herramientas moleculares para ver qué pasa al apagar la expresión de estos canales de liberación de calcio en el hipocampo de ratas, dentro del cerebro. Si tenemos razón, al desaparecer estos canales del hipocampo, las ratas no podrían aprender. Elegimos esa zona ya que es muy importante para el aprendizaje y memoria espacial”, señala la doctora Hidalgo. No obstante, la tarea es de largo aliento, ya que por su gran tamaño resulta bastante difícil apagar esta proteína.

Respecto a posibles terapias, la científica indica que este avance en la comprensión de mecanismos será muy útil para el futuro desarrollo de nuevos tratamientos terapéuticos. Por ejemplo, se podría llegar a modular la oxidación y la generación de señales de calcio, de forma localizada.

A medida que la ciencia avanza, se hace evidente que es importante considerar la prevención y hábitos de vida de cada persona, que pueden contribuir a mantener el tono oxidativo en su justo equilibrio. Para ello, Cecilia Hidalgo recomienda el consumo de antioxidantes naturales, contenidos especialmente en frutas, tales  como murtillas, maqui, kiwis y uvas, medida que también es respaldada por un estudio reciente del INTA (Instituto de Nutrición y Tecnología de los Alimentos). El ejercicio es otra alternativa que ayuda a la mantener la actividad cerebral, especialmente el baile, ya que requiere de aptitudes físicas y mentales para la coordinación, el ritmo e incluso la memoria coreográfica. (Inés Llambías Comunicaciones).