Borrar una enzima que cierra el ADN devuelve la memoria perdida en ratones

Un ratón recibe un entrenamiento débil, tan breve que normalmente se olvida en un día. En otro experimento, una rata envejecida apenas logra reforzar una conexión entre neuronas cuando se estimula dos veces. Ninguno de los dos debería recordar nada.

Basta bloquear una enzima, HDAC3, para que cambie todo. El aprendizaje débil se convierte en un recuerdo que dura semanas. La conexión débil, en rodajas de cerebro envejecido, se fortalece como si fuera joven. ¿Por qué borrar una proteína arregla lo que otra proteína, BAF53b, había roto?

El cerrojo y la llave de los genes de memoria

Dentro de cada neurona, el ADN que codifica los genes necesarios para fijar un recuerdo está enrollado en proteínas llamadas histonas. Cuando esas histonas llevan muchos grupos acetilo, el ADN se afloja y los genes se leen con facilidad. Cuando se les quitan esos grupos, tarea de las enzimas HDAC, el ADN se aprieta y los genes quedan silenciados.

Hay un segundo mecanismo que actúa sobre la misma cromatina: un complejo llamado BAF53b. No modifica químicamente las histonas. Las desplaza físicamente, abriendo hueco en el ADN. Los dos sistemas, el químico y el mecánico, convergen sobre los mismos genes.

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   HDAC3 retira grupos acetilo de las histonas y compacta la cromatina sobre los genes de memoria.
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   BAF53b desplaza los nucleosomas para abrir físicamente esos mismos genes durante el aprendizaje.
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   Si BAF53b falla, la cromatina permanece cerrada y la memoria a largo plazo no llega a consolidarse.
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   Eliminar HDAC3 reduce la compactación de partida y, según plantea el estudio, podría compensar la falta de BAF53b.

Esquema. No es un resultado.

El experimento

El laboratorio ya había visto que mutar BAF53b, la subunidad específica de neuronas del complejo remodelador nBAF, deteriora tanto la memoria a largo plazo como la plasticidad sináptica en ratones. Faltaba saber si ese daño dependía de que la cromatina quedara demasiado compacta. Y si aflojarla por otra vía, quitando HDAC3, podía revertirlo.

Para comprobarlo cruzaron dos líneas de ratones ya usadas en el laboratorio, HDAC3flox/flox y BAF53bΔSB2, y generaron cuatro genotipos: animales normales, animales con solo la mutación de BAF53b, animales con solo la deleción de HDAC3, y un doble mutante que combina ambas alteraciones (1). El diseño permite comparar directamente si borrar HDAC3 en un ratón que ya tiene BAF53b dañado devuelve la memoria a largo plazo.

El título del propio trabajo resume el desenlace que reportan los autores: eliminar HDAC3 rescata los déficits de memoria a largo plazo provocados por la disrupción de BAF53b. En la misma línea, señalan que bloquear HDAC3 farmacológicamente convierte un entrenamiento subumbral, uno que normalmente no deja huella, en un recuerdo estable y duradero. Esa misma manipulación mejora además la potenciación a largo plazo en rodajas de hipocampo de ratas envejecidas (1).

Qué se puede afirmar

Se puede afirmar que, en los genotipos de ratón generados para este trabajo, eliminar HDAC3 se asocia con la reversión de los déficits de memoria a largo plazo que produce la mutación de BAF53b, según reportan los autores. También que la inhibición farmacológica de HDAC3 mejoró la potenciación a largo plazo en rodajas de hipocampo de ratas envejecidas, y permitió que un aprendizaje débil se consolidara como memoria duradera.

No se puede afirmar que el mecanismo sea el mismo en otras regiones del cerebro, ni en otras formas de aprendizaje no probadas aquí. Tampoco que el hallazgo se traslade sin más a la memoria humana: el experimento se hizo únicamente en ratones y en rodajas de cerebro de rata. Y no se puede afirmar un tamaño de efecto preciso, porque los datos cuantitativos exactos del rescate no están entre los que reportan los autores.

¿Qué hemos aprendido?

Ya se sabía, por trabajo previo del mismo grupo, que mutar BAF53b rompe la memoria a largo plazo y la plasticidad sináptica. También se sabía, por otros laboratorios, que inhibir HDACs en general mejora el rendimiento de memoria en varios paradigmas dependientes del hipocampo.

Lo que aporta este trabajo es la comparación entre los cuatro genotipos cruzados: animales con BAF53b mutado y HDAC3 intacto, frente a animales con BAF53b mutado y HDAC3 además eliminado. Esa comparación permite a los autores inferir una interacción funcional entre los dos mecanismos epigenéticos, uno químico, otro mecánico, sobre los mismos genes de memoria. Es una inferencia a partir del diseño genético cruzado, no una demostración directa del paso molecular que conecta ambos sistemas.

Revisión sistemática

¿Silenciar las desacetilasas de histonas durante la consolidación de la memoria cambia la accesibilidad de la cromatina en los genes implicados en el aprendizaje?

Resumen

Una revisión con protocolo fijado de antemano buscó en PubMed estudios en ratones o ratas que relacionaran la inhibición de desacetilasas de histonas (HDAC) con cambios de accesibilidad de cromatina, o de remodelación de cromatina, durante la consolidación de la memoria. El corpus reunido incluye tres estudios abiertos en animales. Uno cruza líneas genéticas de ratón para eliminar HDAC3 en un fondo con el complejo remodelador BAF53b mutado. Los otros dos documentan que inhibidores de HDAC, administrados por vía farmacológica, favorecen la consolidación o reconsolidación de memoria espacial y de memoria asociada al estrés.

Introducción

La consolidación de un recuerdo requiere que ciertos genes se activen en el hipocampo poco después del aprendizaje. Esa activación depende de que la cromatina alrededor de esos genes se abra. Se sabía que la acetilación de histonas aumenta en el hipocampo tras la reactivación de una memoria de miedo contextual, y que inhibidores de HDAC como el butirato de sodio rescatan déficits de memoria de miedo en roedores. También se sabía que la microinyección de ácido valproico en la corteza orbital ventrolateral potencia memorias asociadas al estrés y afecta la transcripción del gen BDNF mediante regulación epigenética.

Quedaba por determinar si, además de ese efecto farmacológico general, existía una relación directa entre las HDAC y el otro gran sistema de apertura de cromatina en neuronas, el complejo remodelador BAF53b, cuya disrupción ya se sabía que dañaba la memoria a largo plazo.

Métodos

La pregunta del protocolo fue si silenciar las HDAC durante la consolidación de la memoria cambia la accesibilidad de la cromatina en genes de memoria. Se incluyeron estudios en animales (ratón o rata) que midieran inhibición o deleción de HDAC y su efecto sobre consolidación de memoria, plasticidad sináptica o remodelación de cromatina. Se excluyeron explícitamente ensayos clínicos en humanos, series de casos, guías clínicas y estudios centrados exclusivamente en terapéutica sin medir mecanismo de cromatina.

La búsqueda se hizo en PubMed con la cadena (histone deacetylase OR HDAC) AND (chromatin remodeling OR chromatin accessibility) AND (memory consolidation OR learning) AND (mice OR rats), y el texto completo de cada estudio incluido se verificó en Europe PMC cuando estaba disponible en acceso abierto.

Resultados

El corpus reunido incluye tres estudios. El primero generó cuatro genotipos de ratón cruzando las líneas HDAC3flox/flox y BAF53bΔSB2 (HDAC3+/+::BAF53bWT, HDAC3+/+::BAF53bΔSB2, HDAC3flox/flox::BAF53bWT y HDAC3flox/flox::BAF53bΔSB2) y reporta, según su título, que la deleción de HDAC3 rescata los déficits de memoria a largo plazo causados por la disrupción de BAF53b; el mismo trabajo señala que la disrupción farmacológica de HDAC3 mejora la potenciación a largo plazo en rodajas de hipocampo de ratas envejecidas (1).

El segundo estudio, con 147 ratones CD1 macho de 7 a 10 semanas, reporta que el tratamiento con inhibidores de HDAC mejora el rendimiento de memoria a largo plazo en paradigmas dependientes del hipocampo, y que el butirato de sodio, inhibidor de clase I, rescató déficits de memoria de miedo (2). El tercer estudio, con un grupo de 24 ratas Sprague-Dawley sometidas a estrés por nado forzado, reporta que la microinyección de ácido valproico en la corteza orbital ventrolateral antes del retest redujo el tiempo de inmovilidad y que la codificación de memorias estresantes requiere remodelación de cromatina, incluida la acetilación de histona H3, en neuronas del giro dentado (3).

Discusión

Los tres estudios apuntan, por vías distintas, a que reducir la actividad de las HDAC favorece la apertura de la cromatina sobre genes de memoria y facilita la consolidación. El estudio con los cuatro genotipos cruzados añade una pieza que los otros dos no tenían: una comparación genética que vincula ese efecto directamente con el complejo remodelador BAF53b, cuya disrupción ya se sabía que dañaba la memoria a largo plazo y la plasticidad sináptica.

Los autores interpretan que ambos sistemas, la desacetilación por HDAC3 y el remodelado físico por BAF53b, convergen sobre el mismo conjunto de genes, y que eliminar uno puede compensar la falla del otro. Es una lectura consistente con lo que ya mostraban los estudios de inhibidores farmacológicos de HDAC en memoria espacial y memoria asociada al estrés, aunque estos dos últimos no manipularon BAF53b ni midieron accesibilidad de cromatina de forma directa.

Limitaciones

Las cifras que aparecen en esta revisión son las que publican los propios autores de cada estudio; no se han recalculado a partir de datos crudos ni se han sumado medidas de distintos experimentos entre sí. Los tres estudios incluidos son trabajos en animales, ratón o rata, con líneas genéticas o tratamientos farmacológicos específicos, lo que impide generalizar directamente a humanos. El estudio con los cuatro genotipos no detalla el tamaño muestral final de cada grupo. Y la comparación entre los tres estudios no equivale a una medida combinada: cada uno mide una variable distinta (rescate genético, consolidación conductual, inmovilidad en nado forzado) con metodología propia.

Conclusiones

El corpus reunido sostiene que intervenir sobre las HDAC, por vía genética o farmacológica, modifica la consolidación de la memoria en ratones y ratas, y que al menos un estudio vincula ese efecto con el complejo remodelador de cromatina BAF53b mediante un cruce genético que elimina HDAC3 en un fondo con BAF53b mutado. Queda por ver si esa interacción se sostiene cuando se mide directamente la accesibilidad de cromatina en los genes de memoria, algo que el diseño revisado no reporta de forma explícita.