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La necesidad de una ciencia panorámica

Juan García Ruiz
July 26th, 2022 · 13 min read ·
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El movimiento hippie que buscaba alterar la conciencia con drogas como el LSD y la marihuana coincidió en el tiempo con el pico de investigaciones que trataron de entender sus efectos. El descubrimiento de los receptores implicados en el mecanismo de acción del cannabis no sólo nos ayudó a entender cómo nos afectaba la marihuana, sino que también nos llevó a descubrir un sistema de modulación nerviosa crucial implicado en múltiples funciones fisiológicas como el aprendizaje, la memoria, el sueño y la ingesta de alimentos. El sistema endocannabinoide incluye receptores como el CB1 (intenta recordarlo, será útil en poco tiempo) y pequeños lípidos sintetizados por nuestro sistema que son capaces de unirse a dicho receptor. Estos lípidos se conocen como endocannabinoides y son muy similares en estructura al tetrahidrocannabinol (THC), componente psicoactivo de la marihuana (Figura 1).

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Figura 1. Estructuras químicas de los cannabinoides. Exógeno a la izquierda y endógenos a la derecha.

Centrémonos ahora en el sistema cannabinoide endógeno, ese que funciona en nuestro sistema en condiciones fisiológicas sin necesidad de cannabinoides exógenos como el THC. ¿Cómo funcionan los endocannabinoides? Lo primero que tienes que saber es que los receptores CB1 no son los únicos receptores cannabinoides que se expresan en el cerebro, pero sí son los más numerosos. Están repartidos por todas las regiones del cerebro, y dependiendo de su lugar de activación el resultado final puede variar (regulación de la ingesta de alimentos, del dolor, de la temperatura, etc.). Sin embargo, el mecanismo de acción a nivel molecular sigue siendo el mismo. Te lo explico. Los receptores CB1 se encuentran a nivel presináptico, en la membrana de una neurona A que se comunica con una neurona postsináptica B enviándole neurotransmisores. Cuando los neurotransmisores se liberan y se unen a los receptores de la neurona postsináptica, ésta responderá abriendo o cerrando diferentes canales iónicos, por lo que su potencial eléctrico cambiará y esto dará lugar a otros efectos postsinápticos: desencadenamiento del potencial de acción, envío de neurotransmisores a otras neuronas, cambios a nivel intracelular, etc. Entre los procesos celulares que pueden ocurrir en la neurona postsináptica tras la unión del neurotransmisor está la liberación de endocannabinoides, que pueden volver a la neurona presináptica. ¿Y qué ocurre entonces? Cuando los endocannabinoides se unen a los receptores CB1 presinápticos, bloquean algunos canales de calcio dependientes del voltaje, reduciendo así la entrada de calcio, etapa esencial en la liberación de neurotransmisores. Además, la unión de los endocannabinoides con CB1 también provoca un aumento de la salida de potasio a través de un canal conocido como GIRK (en inglés G protein-coupled inward rectifier K+), por lo que la neurona se hiperpolariza y se reduce la probabilidad de que se produzcan potenciales de acción espontáneos. En resumen, la neurona A envía neurotransmisores a la neurona B, y la B responde enviándole endocannabinoides para que se calme, para que sea menos excitable y le envíe menos neurotransmisores. Este mecanismo de transmisión retrógrada ayuda a las neuronas a regular de forma precisa la cantidad de neurotransmisión. Es una forma de afinar la comunicación entre las neuronas.

Ahora que entiendes los principios básicos del sistema endocannabinoide, te gustará saber que no se acaba aquí. Hay una infinidad de cosas interesantes que saber sobre este tema. Si quieres convertirte en un pequeño experto en uno de los sistemas más importantes de nuestro cerebro, deberías conocer a Giovanni Marsicano. Por suerte para ti, Giovanni ha accedido a concedernos una entrevista, así que sólo tienes que seguir leyendo. Y no te preocupes, la parte molecular ha terminado.

Giovanni Marsicano es veterinario de formación. Sin embargo, se dio cuenta muy pronto de que quería dedicarse a la investigación en lugar de seguir la vía clínica. Trabajó durante algún tiempo con células madre embrionarias en animales. Más tarde, empezó un doctorado en neurociencia en el laboratorio de genética y comportamiento del Instituto Max Planck de Psiquiatría de Múnich a mediados de los años noventa. En este momento, la mutagénesis condicional estaba bastante de moda como herramienta para estudiar la cognición. Su jefe en ese momento, Beat Lutz, le pidió a Giovanni que eligiera un gen para estudiar su papel en el aprendizaje y la memoria. Pero la neurociencia era algo nuevo para él, así que tuvo que pasarse todo el verano leyendo artículos científicos para elegir un candidato adecuado. Todas los artículos entonces eran muy similares: se elimina el gen A, el aprendizaje y la memoria se ven afectados, publicación en la revista Nature; se elimina el gen B, la cognición se ve afectada, publicación en la revista Science; etc. La mayoría de los trabajos publicados entonces consistían en la pérdida de función de genes que eran importantes para mantener la memoria, como aquellos que codifican las proteínas quinasas. Giovanni era consciente de eso, así que empezó a preguntarse por los genes que funcionan en sentido contrario, es decir, que regulan la memoria disminuyéndola. Tenía dos candidatos: las fosfatasas (que trabajan en sentido contrario a las ya mencionadas quinasas) y los receptores de cannabinoides. Pensó que suprimiendo uno de esos genes se podrían mejorar las capacidades cognitivas de los ratones. La fosfatasa que le interesaba era la fosfatasa de la MAP quinasa (en inglés MAP kinase phosphatase, MKP), y el candidato a receptor cannabinoide era la proteína CB1. ¿Cómo hizo la elección final? Giovanni utilizó un método de lo más científico (nótese la ironía). Las matrículas de los coches en Múnich tienen una “M” que precede a otras dos letras. Se dijo a sí mismo que si veía una matrícula con las letras MKP, elegiría la fosfatasa de la MAP quinasa. No vio ninguna matrícula así, y esto le convirtió en uno de los investigadores del sistema endocannabinoide más importantes del mundo.

Juan García Ruiz: Tu laboratorio es conocido internacionalmente por el estudio de los receptores cannabinoides. ¿Qué son estos receptores, en pocas palabras?

Giovanni Marsicano: Son receptores con funciones moduladoras. Se podría sobrevivir sin ellos pero son muy importantes para afinar las respuestas. Te pongo un ejemplo con una analogía. En los microscopios hay una ruedecilla más gruesa que te permite modificar la profundidad en la que posicionas el foco de observación rápidamente pero con poca precisión, y luego hay otra ruedecilla más fina que te permite posicionar el foco exactamente en la capa de profundidad que deseas. Los receptores cannabinoides son como esta ruedecilla precisa y se encargan de afinar el funcionamiento global del cuerpo.

JGR: ¿Cuándo aparecieron los receptores CB1 en la evolución?

GM: Lo que apareció primero fueron los endocannabinoides, que son los lípidos que actúan como ligandos de los receptores cannabinoides. Las primeras especies ya disponían de estos ligandos pero no de sus receptores. Los receptores empiezan a aparecer con los reptiles. Existe la idea de que una de las principales funciones del sistema cannabinoide es favorecer la acumulación de energía. La acumulación de energía permite a las especies prepararse para afrontar un futuro incierto en el que la energía podría ser necesaria y su disponibilidad no está garantizada. La grasa supone un gran salto en la especialización de la acumulación de energía. El tejido adiposo ya está presente en los reptiles. Y esto es realmente interesante: los receptores cannabinoides aparecen a la vez que el tejido adiposo y su capacidad específica de acumular energía.

JGR: ¿Se expresan los receptores CB1 fuera del sistema nervioso?

GM: Sí. Se expresan en el tejido adiposo, el hígado, los pulmones, los riñones, la piel, etc. Están un poco en todas partes. En el cerebro, el receptor CB1 es el GPCR (N. del A.: receptor acoplado a la proteína G) más abundante. Los niveles de CB1 son similares a los de los receptores NMDA y GABA-A. Hay quien propone la existencia de un gran sistema excitador que es el glutamato, uno inhibidor que es el GABA y uno modulador que es el endocannabinoide.

JGR: ¿Cuáles son los principales descubrimientos sobre los receptores CB1 en los últimos tiempos?

GM: Benjamin Cravatt, profesor del Departamento de Química del Instituto de Investigación Scripps de California, ha estado trabajando en lípidos de señalización como los cannabinoides. Benjamin ha hecho grandes aportaciones al campo de los receptores cannabinoides: ha identificado las enzimas que intervienen en su síntesis y su degradación, por ejemplo. Los CB1 son receptores lipídicos, y los lípidos son muy difíciles de estudiar por razones técnicas.

JGR: ¿Qué tipo de preguntas intentas responder en tu laboratorio?

GM: Nuestro laboratorio sigue una línea filosófica específica. El cerebro es una máquina compleja, redundante y muy conectada. Esto significa que si nos limitamos al clásico enfoque científico, que es la especialización, corremos el riesgo de perder parte de la información. Si se entra demasiado en los detalles, se pierde la idea global, esencial en este campo. Si tomamos una mosca y un humano, podemos observar que no hay enormes diferencias en las escalas más pequeñas de funcionamiento. Las grandes diferencias surgen cuando se considera el panorama general, y por eso es tan importante encontrar un buen equilibrio en la especialización.

Lo bueno para nosotros es que estamos bastante especializados, ya que estudiamos sólo unas pocas proteínas, pero al mismo tiempo el receptor CB1 está implicado en tantas cosas en el cerebro que vamos en muchas direcciones diferentes, por lo que mantenemos esa mentalidad de no olvidar la idea global. Por ejemplo, el CB1 tiene diferentes funciones en las neuronas, en los astrocitos y en la microglía. Así que otra forma de verlo es que utilizamos el CB1 para entender la complejidad del cerebro.

JGR: Ahora que lo mencionas, ¿cuál es el papel de CB1 en los astrocitos?

GM: Los astrocitos son células muy interesantes. Siempre se ha creído que tienen funciones estructurales, de protección y de alimentación en el cerebro. Pero hace algunos años los investigadores se dieron cuenta de que los astrocitos eran mucho más que ayudantes pasivos de las neuronas. Surgió la idea de la sinapsis tripartita que incluye una neurona presináptica, una neurona postsináptica y un astrocito que también puede intervenir en la señalización. Las neuronas liberan neurotransmisores que pueden unirse a los receptores del astrocito, y estas células pueden responder liberando gliotransmisores como la D-serina. Los trabajos de Alfonso Araque fueron clave para entender que el CB1 se expresa en los astrocitos y es uno de los actores importantes en la sinapsis tripartita. Esto tuvo grandes implicaciones porque contribuyó a la idea de que los astrocitos no son pasivos y pueden estar en el origen del comportamiento a través de la interacción con las neuronas.

JGR: ¿Cuál es el mecanismo de interacción astrocito-neurona del que hablas?

GM: Uno de los efectos del receptor CB1 en los astrocitos es el aumento del calcio, y esto conduce a la liberación de gliotransmisores. Lo interesante es que ahora coexisten los dos mundos: el de los astrocitos como actores metabólicos y el de los astrocitos como actores sinápticos. Estos dos mundos siempre han estado un poco desconectados, no se hablaban mucho entre sí, ¡y esto es un error! Lo que estoy tratando de hacer en este momento es tener en cuenta todo esto y tratar de no excluir nada.

JGR: ¿Tu laboratorio ha hecho algún descubrimiento del que te sientas especialmente orgulloso?

GM: Sí, el descubrimiento del receptor CB1 mitocondrial. Estoy orgulloso en el sentido de que fue muy difícil de defender, y es un ejemplo de cómo la ciencia puede ser el resultado de la casualidad. Primero voy a dar un poco de contexto. El THC, componente psicoactivo de la marihuana, se descubrió en los años cuarenta y se hizo muy famoso en los sesenta. Durante casi 20 años no supimos cómo funcionaba. Si observas el ritmo de publicación relacionado con este tema, ves que hay un pico en 1964. Era muy guay en aquella época usar el THC en el laboratorio y decir que estudiabas los efectos de estar drogado. Algunas de las publicaciones que salieron apuntaban la existencia de un efecto mitocondrial del THC. Un poco más tarde, en 1990 se descubrió el receptor del THC, que es un GPCR. Pero había algo que no encajaba: los GPCRs no están presentes en la membrana mitocondrial, y por definición están presentes únicamente en la membrana plasmática de la célula. Así que los resultados se explicaron de otra forma. Se atribuyó todo lo que se observó a un efecto no específico del THC: puesto que la membrana mitocondrial es sensible a los lípidos, y los cannabinoides son lípidos, si se usan muchos cannabinoides se puede alterar la membrana mitocondrial y, por tanto, su funcionamiento. Esta explicación se dio por buena. Así que los datos que sugerían que el THC afectaba específicamente a las mitocondrias fueron descartados.

JGR: Pero entonces demostraste que el receptor CB1 podía expresarse en las mitocondrias. ¿Cómo?

GM: Conocí a Pedro Grandes, un neuroanatomista del Centro Vasco de Neurociencias Achucarro, y le pregunté: ¿has visto alguna vez el CB1 en las mitocondrias? Me dijo que sí, pero que estas observaciones eran solo ruido de fondo. Me explicó que lo que hacían los científicos de este área de estudio era normalizar la expresión de CB1 en la membrana plasmática con su expresión en las mitocondrias, consideradas como ruido de fondo porque se creía que era imposible que este receptor se expresara ahí. Entonces le envié algunos animales knock out (N. del A.: animales modificados genéticamente para que el receptor CB1 no se expresara) para ver si esta señal de fondo que consideraban como ruido en los animales wild type (N. del A.: animales no modificados genéticamente) seguía presente. Después de varios meses, volvió a contactar conmigo con imágenes de microscopía electrónica que tomó utilizando la tinción immunogold para localizar los receptores CB1. Yo en ese momento ni siquiera me acordaba de todo esto puesto que habían pasado meses. ¿Qué vimos entonces? Que los animales knock out no mostraban el famoso ruido de fondo, lo que sugería que la señal que observamos al principio correspondía a los verdaderos receptores CB1 mitocondriales. Recibimos muchas críticas. Escribieron un artículo para atacar frontalmente nuestros descubrimientos diciendo que todo lo que veíamos era ruido de fondo, y luego respondimos con otro artículo de metodología comparando nuestros métodos con los suyos, y concluimos que su método no era lo suficientemente sensible para detectar el receptor y que la diferencia de los resultados provenía de este problema metodológico. Nuestra forma de proceder hoy en día en el laboratorio es intentar nosotros mismos refutar la existencia de este receptor CB1 mitocondrial, ¡pero hasta ahora no lo hemos conseguido! Así que este es el descubrimiento del que me siento más orgulloso.

JGR: ¿Qué filosofía intentas fomentar en tu laboratorio?

GM: Una idea que me gusta promover es la que hemos comentado antes: en la neurociencia tenemos que estar especializados, pero al mismo tiempo abiertos a entender otras áreas e intentar tener una visión más general. En cuanto al aspecto humano, cuando la gente viene a mi laboratorio a trabajar, siempre les digo que no me importa las horas que trabajen o las vacaciones que se pidan. Realmente no sé lo que hacen, y cuando tengo que validar algo lo hago automáticamente. Quiero que la gente de mi laboratorio sea consciente de que no trabajan para mí, sino para ellos mismos (pero conmigo). Si yo les digo que hagan esto o lo otro porque a mí me gusta, pero resulta que a ellos no, ¡entonces no va a funcionar! Esto hace que la gente esté más contenta de trabajar. Y es muy importante que los investigadores disfruten de lo que hacen porque nuestro trabajo es una locura. Tenemos muy pocas satisfacciones, pero parece que nos resultan suficientes. De vez en cuando conseguimos demostrar algo, observamos un estúpido gráfico que muestra que algo ha funcionado, y de repente tenemos felicidad suficiente para varios meses. Hay que estar un poco loco para hacer ciencia.

JGR: ¿Cuáles son para ti las características más valiosas que debe tener un buen científico?

GM: La primera es la curiosidad, sin duda. Hay que leer mucho, y no sólo cosas científicas. La segunda es el rigor, la autocrítica. Me gusta rodearme de científicos que son auténticos policías. Por ejemplo, tengo la suerte de trabajar con Francis Chaouloff desde hace quince años, un verdadero policía. Siempre que estoy entusiasmado con algún resultado me hace aterrizar, me pide que compruebe las estadísticas, los controles y todo tipo de detalles que podríamos pasar por alto por error. Cuando sigues algo no ves el resto. Cristopher Stevens, un estudiante del neurocampus, estaba trabajando en este sesgo de confirmación. Literalmente sólo ves las cosas que confirman lo que ya pensabas al principio. También es importante mantener el entusiasmo. O si lo prefieres, la locura. Esta sería la tercera característica. Hay algunos trabajos que la gente elige por comodidad. Cuando trabajas en un banco o cuando eres abogado, aunque no te guste tu trabajo, puedes hacerlo por comodidad y luego hacer cosas que te gustan de verdad en el tiempo libre. Pero hay otros trabajos que son realmente tu vida: cuando eres actor o músico, por ejemplo. No lo eliges por conveniencia. Creo que ser investigador se parece más al segundo tipo de trabajo, en el que necesitas cierta vocación para superar todas las situaciones de estrés y demás. Así que, en resumen, un científico necesita tener curiosidad, rigor y entusiasmo.

JGR: ¿Podrías dar un consejo a los lectores?

GM: Lo que siempre les digo a los jóvenes es que intenten entender lo que les gusta. Esto es algo que lleva tiempo. Sé que no es culpa suya, pero a veces veo estudiantes que vienen con las ideas demasiado claras: ahora estoy en el primer año de máster, el año que viene haré el segundo y haré mis prácticas en este laboratorio o en este otro, luego quiero hacer un doctorado aquí o allí, ¡y lo tienen todo pensado desde el principio! Lo único que puedo decirles es: buena suerte. Estoy seguro de que nada saldrá como estaba previsto. Muchas cosas suceden por casualidad. Lo que puedo sugerirles es que traten de entender lo que les gusta y que tengan la mente lo más abierta posible, que mantengan los ojos y los oídos abiertos, y que no tengan miedo de hacer preguntas.

JGR: ¿Te gustaría recomendar un libro científico que haya cambiado tu forma de ver las cosas?

GM: Me gustaría recomendar un libro de Robert Sapolsky llamado Behave. Robert también grabó una serie de cursos con la Universidad de Standford hace ya casi 15 años, y que están disponibles online. Lo que hace es que toma un comportamiento y trata de analizar sus causas. Hay una causa que ocurre unos milisegundos antes del comportamiento observable (como la señalización de las neuronas), otra causa que ocurre minutos antes, una hora antes, veinticuatro horas antes, años antes, e incluso un millón de años antes (cómo evolucionó el comportamiento). Todos estamos hablando del mismo comportamiento, pero lo enfocamos de forma diferente. Una cosa interesante que menciona en estos cursos está relacionada con el arcoiris. En algunos países y culturas ven unas bandas de colores que por ejemplo en Italia no vemos. Dependiendo de nuestra cultura y de cómo nombramos las cosas, utilizamos diferentes límites para distinguirlas, y esto se aplica también a la comprensión de un comportamiento. Creamos estos límites para dar sentido al mundo y entenderlo, pero no son reales.

JGR: ¿Tienes algún comentario final que quieras compartir?

GM: Algo en lo que me gustaría profundizar y animar a la gente a explorar también es la evolución. En mi laboratorio siempre salimos a celebrar el cumpleaños de Charles Darwin. Esto no lo hacemos sólo para divertirnos. En mi opinión, para entender cómo funcionan las cosas no debemos olvidar cómo evolucionaron para llegar a ese punto. No digo que Charles Darwin sea como la Santa Biblia, pero celebramos su cumpleaños porque su personaje es como un símbolo de la evolución. Hoy en día oyes hablar de Lamarck y casi te ríes. La explicación de la selección natural de Darwin ha sido clave para nosotros. Sin embargo, me di cuenta después de releer El origen de las especies que Darwin no estaba tan en desacuerdo con las ideas de Lamarck sobre la transmisión de caracteres adquiridos. Hoy en día además tenemos la epigenética, que en realidad no va en contra de lo que proponía Lamarck. Nuestro problema como seres humanos es que nos gusta construir catedrales y crear dogmas, incluso en la ciencia. Mi último comentario para los lectores es que eviten construir catedrales.

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