Investigadores identifican neuronas únicas sensibles a la glucosa que regulan el azúcar en la sangre
Crédito: CC0 Public Domain
Los niveles bajos de azúcar en la sangre, conocidos como hipoglucemia, pueden ser una situación potencialmente mortal, especialmente para las personas con diabetes tipo 1 que dependen de terapia de insulina para evitar que el nivel de azúcar en la sangre suba demasiado. Las soluciones a este problema pueden provenir de una mejor comprensión de los mecanismos básicos que mantienen el azúcar en la sangre en equilibrio.
En el Baylor College of Medicine y otras instituciones, investigadores dirigidos por el Dr. Yong Xu, profesor asociado de pediatría y nutrición y de biología molecular y celular en Baylor, identificaron un grupo de neuronas sensibles a la glucosa únicas en el cerebro y cómo trabajan juntos para prevenir la hipoglucemia severa en ratones. Sus resultados aparecen en la revista Nature Communications.
«Las neuronas sensibles a la glucosa perciben las fluctuaciones en los niveles de azúcar en la sangre y responden disminuyendo o aumentando rápidamente sus actividades de activación. Esta respuesta puede desencadenar cambios en el comportamiento para aumentar los niveles de glucosa. Por ejemplo, los animales pueden comenzar a comer», dijo Xu. «Las neuronas sensibles a la glucosa también pueden afectar la producción de hormonas como el glucagón, que puede regular directamente la producción o la absorción de glucosa por parte de los tejidos periféricos. Es un sistema de retroalimentación que mantiene el equilibrio de la glucosa en la sangre».
Sensor de glucosa Las neuronas se encuentran en varias regiones del cerebro. Xu y sus colegas se centraron en las neuronas ubicadas en un área pequeña llamada subdivisión ventrolateral del núcleo hipotalámico ventromedial (vlVMH). Muchas neuronas en esta región expresan el receptor alfa de estrógeno y responden a las fluctuaciones de glucosa en la sangre, pero sus funciones en el metabolismo de la glucosa no se habían investigado específicamente.
Una población única de neuronas
Los investigadores encontraron que las neuronas en el núcleo vlVMH de cerebros murinos tenían características únicas.
Primero, Xu y sus colegas se sorprendieron de que, mientras que en otras subdivisiones de VMH cerca de la mitad de las neuronas eran sensibles a la glucosa, en el subdivisión ventrolateral todas las neuronas del receptor de estrógeno-alfa eran sensibles a la glucosa. «Solo este hecho hace que este grupo de neuronas sea único», dijo Xu.
También encontraron que, aunque todas las neuronas en esta área detectan la glucosa, no responden a los cambios en el nivel de glucosa en la misma camino. Aproximadamente la mitad de las neuronas están ‘excitadas por la glucosa’: su actividad de disparo aumenta cuando detectan niveles altos de glucosa y disminuye cuando los niveles de glucosa son bajos. Por el contrario, la otra mitad de las neuronas están inhibidas por la glucosa: disminuyen la activación cuando la glucosa es alta y la aumentan cuando la glucosa es baja.
«Nos preguntamos por qué estas neuronas respondieron de manera opuesta al mismo desafío de glucosa, «, dijo Xu.
Los investigadores combinaron perfiles genéticos, farmacológicos, electrofisiológicos y enfoques de edición de genes CRISPR para analizar esta cuestión. Investigaron los canales iónicos que utiliza cada tipo de neurona sensible a la glucosa para responder a los niveles de glucosa. Los canales iónicos son moléculas grandes que atraviesan las membranas celulares de las neuronas. Los canales controlan el tráfico de iones, átomos o moléculas cargados eléctricamente dentro y fuera de las neuronas, un proceso que es crucial para regular las actividades de activación neuronal.
Los investigadores encontraron que las neuronas excitadas por la glucosa usan un canal de iones KATP, pero el Las neuronas inhibidas por la glucosa utilizaron un canal de iones diferente llamado Ano4. «El canal de iones KATP es bien conocido en nuestro campo, pero nunca se ha informado sobre el papel del canal de iones Ano4 en la detección de glucosa. Hemos identificado un nuevo canal de iones que es importante para las neuronas inhibidas por la glucosa».
Un efecto coordinado regula la glucosa en sangre
Además, Xu y sus colegas identificaron los circuitos neuronales que están involucrados cuando las neuronas excitadas e inhibidas por glucosa responden a niveles bajos de glucosa en sangre. Descubrieron que los circuitos eran diferentes: las neuronas excitadas por glucosa proyectan conexiones neuronales a una región del cerebro diferente de la que alcanzan las neuronas inhibidas por glucosa.
Usando optogenética, una combinación de modificaciones genéticas y luz para activar circuitos neuronales, los investigadores demostraron en ratones que cuando las neuronas inhibidas por la glucosa respondían a niveles bajos de glucosa, activaban un circuito particular y el resultado era un aumento de la glucosa en sangre. Por otro lado, cuando las neuronas excitadas por glucosa respondieron a un nivel bajo de glucosa en sangre, inhibieron un circuito diferente, pero el resultado también fue un aumento en los niveles de glucosa en sangre.
«Cuando los ratones tenían hipoglucemia, estos dos los circuitos se regularon de manera opuesta, uno estaba excitado mientras que el otro estaba inhibido, pero el resultado fue el mismo, llevando la glucosa en sangre a niveles normales», dijo Xu. «Esto forma un sistema de retroalimentación perfecto para regular los niveles de glucosa en la sangre».
Curiosamente, todas las neuronas de este importante grupo expresan el receptor alfa de estrógeno, un conocido mediador de la hormona ovárica, el estrógeno. En el futuro, Xu y sus colegas quieren investigar si el estrógeno juega un papel en el proceso de detección de glucosa y si existen diferencias de género en las funciones de estas neuronas en el equilibrio de la glucosa.
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Papel específico del sexo de la glucocinasa en la actividad nerviosa autónoma Más información: Yanlin He et al, Las neuronas que expresan receptores de estrógeno en el VMH ventrolateral regulan el equilibrio de glucosa, Nature Communications ( 2020). DOI: 10.1038/s41467-020-15982-7 Información de la revista: Nature Communications
Proporcionado por Baylor College of Medicine Cita: Los investigadores identifican neuronas únicas sensibles a la glucosa que regular el azúcar en la sangre (2020, 1 de mayo) recuperado el 31 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2020-05-unique-glucose-sensing-neurons-blood-sugar.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.