Un estudio del Instituto Buck, en Estados Unidos, ofrece una explicación de los beneficios del ayuno a nivel neuronal. Los investigadores usaron larvas de mosca de la fruta para descubrir la presencia de una vía molecular que responde a la escasez de nutrientes y disminuye la actividad de las sinapsis en las uniones entre neuronas y células musculares, como se detalla en un artículo publicado en 'Neuron'.
'Por un lado, nuestros hallazgos podrían sonar contrarios a la intuición porque siempre pensamos en el ayuno como beneficioso y aquí hemos encontrado que bloquea una actividad neuronal natural -señala el autor principal y profesor del Instituto Buck, Pejmun Haghighi--. Por otro lado, pensamos que podríamos estar respondiendo a la pregunta de por qué el ayuno es beneficioso. Tal vez es bueno que cuando no hay disponibilidad de nutrientes, un organismo reduzca la liberación de neurotransmisores y, por tanto, ahorre una buena parte de su gasto energético global'.
Además, agrega Haghighi, la neurotransmisión requiere una orquestación continua de los pasos de transmisión de señales y este estrés podría conducir a un daño acumulado en las neuronas. 'Nuestros hallazgos sugieren que una de las razones por las que el ayuno es beneficioso es que da al sistema nervioso un descanso y calma las cosas', argumenta.
El amortiguamiento de la actividad sináptica se produjo dentro de las tres horas siguientes a la eliminación de nutrientes de los alimentos en las larvas y la inhibición fue pronunciada, reduciendo la actividad a la mitad. 'Es realmente sorprendente que un cambio en la ingesta de nutrientes pueda tener influencias tan dramáticas en la actividad de las neuronas en una escala de tiempo tan corta --subraya el coautor Grant Kauwe, investigador postdoctoral en el laboratorio de Haghighi--. Demuestra la rapidez con la que pueden suceder los cambios causados por el ayuno'.
Los investigadores se han preguntado cuánto tiempo la restricción calórica prolonga la vida útil y retrasa la enfermedad relacionada con la edad en un rango de especies, pero el ímpetu por realizar este estudio proviene del interés de décadas de Haghighi en entender los mecanismos moleculares que regulan la liberación de neurotransmisores en las sinapsis. En particular, se ha centrado en un fenómeno llamado homeostasis sináptica, que es una forma en la que los circuitos neuronales mantienen la actividad dentro de un rango establecido para asegurar una comunicación estable y fiable.
Un hallazgo con posibles aplicaciones en patologías neurodegenerativas
En 2012, el equipo de Haghighi publicó un artículo mostrando que la homeostasis sináptica estaba controlada por una enzima, diana de rapamicina (TOR, por sus siglas en inglés), que desempeña un papel crítico en la regulación de la vida en una amplia gama de organismos, desde levadura a ratones. Este hallazgo vinculó a nivel molecular cómo se entrelazan la función del sistema nervioso y la regulación de la vida útil.
TOR juega muchos papeles, pero una de sus tareas primarias es funcionar como una llave inglesa que afloja y aprieta el control de la síntesis de la proteína en respuesta a los alimentos, específicamente la disponibilidad de aminoácidos. Aunque pruebas anteriores habían sugerido que el ayuno influye en la actividad neuronal y en la liberación del neurotransmisor, Haghighi se dio cuenta de que ninguna investigación había relacionado la capacidad conocida de TOR para regular los nutrientes y la vida útil con el papel de TOR en la homeostasis sináptica.
Para determinar los detalles moleculares sobre cómo la reducción de nutrientes afecta al funcionamiento de la sinapsis, el equipo combinó sus herramientas genéticas y moleculares con imágenes y técnicas electrofisiológicas para ver qué pasaba cuando cambiaban la composición de los alimentos de las larvas de 'Drosophila'. En el nivel básico, sus experimentos registraron la actividad neuronal en el músculo, explica Kauwe. La sinapsis entre una neurona y un músculo --la unión neuromuscular-- de una larva de la mosca de la fruta resulta ser un buen modelo para estudiar cómo funciona el sistema nervioso en general, que se puede aplicar a otros organismos, incluyendo los seres humanos.
El equipo comenzó restringiendo la proteína en la dieta de las larvas, ya que se sabía que la restricción de proteínas reducía la actividad de TOR. Sorprendentemente, descubrieron que la homeostasis sináptica no se vio afectada por la restricción dietética, a pesar de la menor actividad de TOR, pero la eliminación transitoria de alimentos, llamada ayuno agudo, suprimió completamente la homeostasis sináptica en pocas horas.
Los experimentos adicionales del equipo mostraron genéticamente que había una respuesta adicional procedente del factor de transcripción -Foxo-- que a su vez mejora la transcripción de uno de los reguladores de translación: 4E-BP. Además, el equilibrio entre TOR y 4E-BP controla la estabilidad de la sinapsis.
La estabilidad es un sello de los circuitos neuronales saludables y su interrupción en forma de aumento de actividad en la sinapsis puede llevar a enfermedades neurodegenerativas, como Parkinson, Alzheimer, esquizofrenia o epilepsia. 'Podríamos tener una idea real de las ventajas de amortiguar la actividad sináptica que provoca el ayuno', plantea Haghighi, poniendo como ejemplo cómo el ayuno puede ser beneficioso para los pacientes epilépticos, que pueden experimentar reducción de las convulsiones al restringir las calorías.