Fruit fly brain mushroom bodies

All you need is sleep

En este trabajo publicado en Current Biology [1], un equipo coordinado entre la Washington University en St. Louis y las Universidades de Oxford, Queensland y Surrey ha identificado un nuevo agente que induce sueño natural en moscas. Además, utilizando este y otros 2 mecanismos diferentes para inducir sueño, han descubierto que dormir restaura la memoria a corto y a largo plazo en dos modelos clásicos con déficits de memoria en moscas y también revierte las pérdidas de memoria en un modelo de Alzheimer.

2-all-you-need-is-sleep-mod-e1431376846793
Imagen: Representación de la estructura donde residen las memorias en el cerebro de Drosophila Melanogaster. Fuente: Dubnau, J.. 2012. Ode to the mushroom bodies. Science, 335:664–5.

Dormir es importante, pero no sabemos muy bien por qué. Si bien no hay escasez de teorías, la principal función del sueño está todavía por descubrir. La mayoría de estas teorías, no obstante, parecen indicar que una de las propiedades fundamentales del sueño es su capacidad para modular determinados aspectos de la plasticidad cerebral (además de ayudarte a superar la resaca, claro). A grandes rasgos, por plasticidad nos referimos a los procesos que modifican la conectividad entre neuronas y circuitos neuronales. Con esto en mente, Dissel et al. plantearon la hipótesis de que dormir más podría revertir déficits cognitivos en dos mutantes muy utilizados en el estudio de memoria en moscas.

Quizá al leer esto algunos de vosotros os preguntaréis: “¿Pero… las moscas duermen?”. Bueno, por lo menos yo me lo pregunté. Pues parece ser que sí, y es un campo de investigación muy activo. Para establecer los períodos de sueño, los investigadores colocan las moscas (de una en una) en pequeños tubitos que permiten evaluar la actividad locomotora de cada individuo: se considera que la mosca está durmiendo cuando entra en un período de quiescencia [reposo] que dura como mínimo 5 minutos.

“Humm… de acuerdo. Y ahora dime, ¿cómo estudian memoria a corto y largo plazo en moscas?”. Excelente pregunta. En el presente estudio, Dissel et al. utilizaron dos ensayos diferentes. Evaluaron la memoria a corto plazo mediante un paradigma conocido como Aversive Phototaxic Suppresion (supresión de fototaxis por aversión) [2]. Las moscas muestran fototaxis por naturaleza: cuando se les da a elegir entre un compartimiento oscuro y otro iluminado, tienden a elegir el compartimiento iluminado con mayor frecuencia.  La quinina, por otra parte, es un alcaloide natural de sabor muy amargo que genera aversión en moscas y es utilizado como refuerzo negativo en paradigmas de comportamiento. Si ponemos quinina en el compartimiento iluminado, las moscas aprenderán a evitarlo al cabo de pocos intentos. El ensayo consta de 16 tandas, durante las cuales las moscas aprenden a ignorar el compartimiento iluminado para evitar la quinina. Definimos memoria a corto plazo como el hecho de que la mosca escoja el comportamiento oscuro 2 veces o más en los 4 últimos intentos (en experimentos sin quinina es habitual ver que algunas moscas escogen el compartimiento oscuro 1 vez en estos últimos 4 intentos, pero nunca 2 veces o más).

Para la memoria a largo plazo, Dissel et al. utilizaron la prueba conocida como Courtship Conditioning (condicionamiento del cortejo) [3]. En este test, moscas de sexo masculino son expuestas a machos Tai2 durante una hora (estos machos expresan de forma natural elevados niveles de feromonas, tal y como si fueran hembras, y activan un robusto cortejo en machos normales). Durante esta sesión de entrenamiento, los sujetos intentan cortejar sin éxito los machos Tai2. Como estos últimos no son receptivos, al final del entrenamiento los sujetos han aprendido que no tendrán suerte, y dejan de intentarlo. La memoria a largo plazo es evaluada 48 horas después de la sesión de entrenamiento mediante un test de 10 minutos, durante los cuales los sujetos entrenados son expuestos a hembras sexualmente receptivas. Los sujetos que han formado memorias a largo plazo cortejarán las hembras significantemente menos que aquellos machos que no hayan sido entrenados.

Sabiendo esto, y después de una pausa para mirar Facebook, veamos qué descubrieron en sus experimentos. Lo primero que hicieron fue establecer un método farmacológico que indujera sueño natural: lo consiguieron con un agonista de receptores GABA-A que responde al nombre de 4,5,6,7-tetrahydroisoxazolo-[5,4-c]pyridine-3-ol, o THIP para los amigos. Después de varios controles, quedó demostrado que THIP era capaz de inducir sueño sin efectos adversos.  Y lo más importante, el sueño inducido por THIP tenía las mismas características fisiológicas que el sueño espontáneo. “Espera un momento… ¿Cómo consiguen que las moscas tomen THIP sin rechistar?”. Ah, richtig, un apunte muy importante. Pues el truco está en que los investigadores mezclan THIP en la comida de las moscas, de manera que lo ingieren sin darse cuenta. Las moscas ingieren comida con THIP los dos días previos a la prueba de memoria a corto plazo, mientras que para el test de memoria a largo plazo, la ingieren 2 días antes del entrenamiento, y el día de después. Resumiendo mucho, las moscas con THIP en su sistema duermen más a lo largo del día que las moscas que no lo ingieren.

Sleeping fruit fly
Liu, S. et al. (2016). Cell.

Para estudiar los efectos del sueño en la memoria a corto y largo plazo, Dissel et al. evaluaron los efectos de inducir sueño con THIP en dos mutantes que presentan déficits de memoria: rutabaga (rut) y dunce (dnc) [4, 5].  Los experimentos realizados con estos mutantes revelaron que el hecho de inducir sueño mediante THIP restauraba la memoria a corto y largo plazo a niveles normales. Pero claro, bien podía ser un efecto del propio THIP, y no del sueño. Así pues, repitieron los experimentos, esta vez induciendo sueño por vías previamente validadas y completamente distintas: activando genéticamente las neuronas promotoras de sueño en la estructura conocida como dorsal Fan Shaped body o sobreexpresando la proteína dFabp (fatty acid binding protein). Los resultados fueron los mismos, tanto en mutantes rutabaga como en mutantes dunce. Finalmente, repitieron los experimentos con mutantes del gen que codifica la Presenilina, un modelo de Alzheimer en Drosophila, y vieron que el sueño inducido con THIP revertía los déficits en memoria a largo plazo presentes en estos animales.

El hecho de que vean los mismos efectos positivos en 3 modelos diferentes y utilizando 3 vías distintas para inducir sueño dota de solidez los resultados. No obstante, lo más interesante de este estudio es que consiguen revertir los defectos de memoria a corto y largo plazo mediante el sueño. Es decir, un cambio en el comportamiento (dormir más) es capaz de corregir los problemas generados por mutaciones en genes específicos sin necesidad de corregir el defecto genético. “¡Genial, por fin tengo argumentos científicos para justificar mi siesta diaria! Aunque… todo esto lo han hecho en moscas… será mejor me pase por Pubmed a mirar si hay algún estudio en humanos antes de comentárselo a mi jefe…” 

 

Este post apareció primero en el Blog de la Asociación Juvenil de Biomédicos de la UAB.

 

Referencias

  1. Seugnet, L., Suzuki, Y., Stidd, R. & Shaw, P. Aversive phototaxic suppression: evaluation of a short-term memory assay in Drosophila melanogaster. Genes, Brain and Behavior 8, 377-389 (2009).
  2. Dissel, S. et al. Sleep Restores Behavioral Plasticity to Drosophila Mutants. Current Biology (2015). doi:10.1016/j.cub.2015.03.027
  3. Ganguly-Fitzgerald, I., Donlea, J. & Shaw, P. Waking Experience Affects Sleep Need in Drosophila. Science 313, 1775-1781 (2006).
  4. Sdbonline.org,. Interactive Fly, Drosophila. (2015). at <http://www.sdbonline.org/sites/fly/neural/rutabaga.htm>
  5. Sdbonline.org,. Interactive Fly, Drosophila. (2015). at <http://www.sdbonline.org/sites/fly/neural/dunce1.htm>

One thought on “All you need is sleep

Leave your comment here

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s