La arquitectura del sistema nervioso central (SNC) de los animales esta genéticamente determinada. Así mismo, el comportamiento innato de los animales y su capacidad de aprendizaje están determinados por la arquitectura de su SNC. El interés central de mi grupo de investigación es entender como los genes controlan el desarrollo y la estructura de SNC y como, de esta manera controlan indirectamente el comportamiento. Para contestar estas preguntas usamos como organismo experimental a la mosca de la fruta Drosophila melanogaster . Este pequeño insecto tiene grandes ventajas como modelo experimental. Su SNC es pequeño pero sofisticado, teniendo aproximadamente 200,000 neuronas, es capaz de presentar comportamientos muy complejos tales como un ritual de apareamiento estereotípico, la capacidad de evadir ataques, mostrar preferencias de gusto y olfato y presenta la posibilidad de ser entrenado mostrando la capacidad de tener memoria asociativa de tipo Pavloviano. Aún más interesante, se han aislado mutantes que afectan todos los procesos antes mencionados, demostrando de manera incontrovertible que las propiedades innatas del comportamiento de animales superiores están genéticamente determinadas.

Desde el punto de vista experimental, la mosca de la fruta es particularmente accesible: su genoma está totalmente secuenciado y es el mejor anotador de todos los genomas disponibles al público, la mosca es muy fácil de manipular genéticamente por lo que se pueden generar mutantes y organismos transgénicos de manera rutinaria; la combinación de todas estas técnicas aunadas a un SNC pequeño hacen que este sea un organismo ideal para estudiar la genética molecular y celular del comportamiento. Para atacar este problema, hemos establecido un tamizado genético que nos permite aislar y modificar genéticamente grupos restringidos de neuronas relacionadas funcionalmente en el organismo vivo. Esto nos ha permitido aislar líneas o familias de moscas a las que les podemos inactivar estos grupos o redes neuronales in vivo. Al inactivar estas neuronas obtenemos fenotipos que dependen de estas redes y que son fácilmente observables. Con este método hemos identificado líneas de moscas que presentan fenotipos de defectos motrices, moscas estériles y hemos aislado redes neuronales asociados al procesamiento de estímulos dolorosos y moscas sensibles o resistentes a la nicotina. Entre las diferentes líneas de moscas que hemos identificado, cabe destacar una en la que atrapamos prácticamente todo el circuito octopaminérgico de SNC de Drosophila . Cuando se inactiva este circuito neuronal, las moscas hembras se vuelven estériles ya que una de las funciones principales de las neuronas octopaminérgicas consiste en la modulación de las contracciones del oviducto haciendo que estas moscas sean incapaces de depositar sus huevos. Interesantemente, todo el circuito octopaminérgico consta de menos de 60 neuronas lo que demuestra que con esta técnica podemos identificar circuitos neuronales discretos con funciones definidas que constituyen menos del 0.03% del sistema nervioso central. El circuito octopaminérgico es particularmente interesante ya que además de modular la ovoposición, también está involucrado en otros procesos tales como agresión, aprendizaje y en la modulación de la fatiga muscular. En el transcurso del próximo año planeamos aislar nuevos circuitos neuronales discretos y caracterizar a nivel genético, molecular, celular y fisiológico los que ya tenemos identificados.

La similitud genética, bioquímica y neuroquímica de la mosca con los seres humanos la hace un muy buen modelo para estudiar enfermedades genéticas. Esto se vuelve evidente solamente por el hecho de que la mosca comparte con nosotros al menos el 70% de los genes que se han asociado con enfermedades genéticas humanas. En mi laboratorio estamos usando a la Drosophila como modelo de estudio de enfermedades neurodegenerativas, en particular como modelo de la enfermedad de Parkinson. Para esto, construimos moscas transgénicas que expresan el gene humano de sinfilina-1 en el SNC de la mosca. Se cree que la sinfilina-1 es un modulador de los procesos neuropatológicos de la enfermedad de Parkinson, así mismo, se sabe que esta proteína interacciona físicamente con la alfa-sinucleina la cual, cuando es mutante, es el agente causal de una forma de Parkinson familiar. Hemos demostrado que la sola expresión de la sinfilina-1 induce neurodegeneración de los fotorreceptores de la mosca. A lo largo del año próximo vamos a estudiar el proceso de neurodegeneración inducido por la sinfilina-1 y su interacción genética in vivo con la alfa-sinucleina. En conclusión, en mi laboratorio utilizamos a la mosca de la fruta para estudiar las bases genéticas y moleculares de las enfermedades neurodegenerativas y para entender el desarrollo y las propiedades de los circuitos neuronales que constituyen el SNC de los animales superiores.