Estudio explica cómo la luz podría activar las neuronas
Crédito: Instituto de Tecnología de Florida
El cerebro humano tiene un promedio de 86 mil millones de neuronas. Estas células nerviosas están interconectadas en uniones conocidas como sinapsis, y algunas neuronas tienen hasta 10.000 sinapsis de este tipo. Una clave para comprender la función cerebral es tener una mejor comprensión de cómo esta disposición no lógica de neuronas complejas conduce a comportamientos y funciones cognitivas específicas, incluido el almacenamiento de memoria.
Los avances recientes que combinaron aplicaciones químicas con técnicas neurobiológicas permitieron el uso de la luz como disparador para activar neuronas específicas mediante la activación de sinapsis seleccionadas. Los grupos químicos que unieron moléculas activas como el glutamato (una molécula clave en el aprendizaje y la memoria) ayudaron a controlar las señales nerviosas manteniéndolas en un estado apagado. La luz dirigida bajo demanda puede liberar las moléculas activas que conducen a activar las neuronas y, por lo tanto, las vías de interés. La clave del éxito de este procedimiento depende en gran medida de la eficacia de la luz para romper los enlaces moleculares.
Anteriormente, se sabía poco sobre el mecanismo preciso por el cual la luz puede inducir la liberación de cierta clase de moléculas. conocidas como NitroIndolinyl (NI), que representan algunas de las moléculas sensibles a la luz más eficientes.
Los grupos de investigación de Nasri Nesnas y Roberto Peverati en Florida Tech ahora han podido realizar estudios computacionales precisos que revelaron detalles importantes de cómo se rompen los enlaces para liberar moléculas activas. Esto es extremadamente valioso para permitir futuros diseños de otras moléculas que puedan modular las señales cerebrales. Esta comprensión más amplia de la capacidad de la luz para inducir este tipo de división de enlaces químicos conducirá a la construcción de sistemas que son mucho más sensibles a la luz, que requieren cantidades más pequeñas de dichos agentes y, por lo tanto, minimizan cualquier interferencia con otras neuronas vecinas.
El estudio colaborativo se publicó recientemente en Scientific Reports.
Diferentes mecanismos propuestos para la liberación de MDNI-Glu (R=CH2CH2CH(NH2)COOH): Mecanismo computacional de la ruta de migración (MP) informado por Plfi et al.39; Mecanismo de Cyclization Pathway (CP) supuesto por Ellis-Davies et al.34, basado en datos experimentales de Morrisons40. Crédito: Informes científicos (2021). DOI: 10.1038/s41598-020-79701-4
Pierpaolo Morgante de Florida Tech, primer autor del artículo, se entusiasmó al saber que hay dos caminos por los cuales dicho proceso puede ocurrir. «Me sorprendió cuando vi que había cierta confusión en la literatura anterior sobre esta vía, y me interesé en comprender realmente estos mecanismos. Descubrí algo realmente inusual».
Peverati, quien es uno de los desarrolladores de la metodología computacional confiable que se encuentra en el corazón de estos nuevos resultados, agregaron: «Nuestro método y su software asociado tienen la capacidad de predecir de manera confiable las energías de las moléculas que están involucradas en esta vía al simular el comportamiento de cada uno de ellos». electrón contenido en ellos.Nuestro programa nos ha permitido aclarar un mecanismo que fue fuente de mucho debate en la literatura especializada.Las predicciones obtenidas de nuestro software coinciden con los resultados de los experimentos del Dr. Nesnas, lo que valida aún más la confiabilidad de nuestro enfoque. Estos resultados nos dan confianza de que podemos usar este software de computadora para predecir nuevas moléculas que responden mejor a la luz y que se pueden usar para estudiar las neuronas».
Nesnas, cuyo grupo prepara estos compuestos, se mostró complacido con el resultado del estudio.
«La luz surgió en los últimos años como una poderosa herramienta en neurociencia», dijo. «Notamos que había un camino inusual que combinaba dos procesos fotoquímicos bien conocidos que nunca antes se había observado que ocurrieran simultáneamente, hasta este estudio. Este es un hallazgo emocionante en el mundo de la fotoquímica».
Ser capaz de comprender la compleja red cerebral ayuda a aclarar las posibles razones detrás de los esquivos trastornos cerebrales, como la enfermedad de Alzheimer, la epilepsia, la depresión y otras afecciones cerebrales.
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Nueva herramienta ‘molecular’ ayuda a arrojar luz sobre las sinapsis individuales en las células cerebrales Más información: Pierpaolo Morgante et al. Competencia entre la ciclación y las rutas de migración de nitroacilo tipo I y II inusuales de Norrish en el fotodesenjaulado de 1-acil-7-nitroindolina revelada por cálculos, Scientific Reports (2021). DOI: 10.1038/s41598-020-79701-4 Información de la revista: Informes científicos
Proporcionado por el Instituto de Tecnología de Florida Cita: El estudio explica cómo la luz podría activar las neuronas ( 2021, 25 de febrero) recuperado el 30 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2021-02-neurons.html Este documento está sujeto a derechos de autor. Aparte de cualquier trato justo con fines de estudio o investigación privados, ninguna parte puede reproducirse sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente con fines informativos.