Las neuronas muestran estilos distintos cuando interactúan con el mismo compañero muscular
El panel izquierdo muestra la neurona «tónica» (teñida de verde) que inerva solo un músculo a la derecha del panel. En el siguiente panel, se puede ver la neurona fásica (también teñida de verde) conectada a más de un músculo. Crédito: Nicole Aponte-Santiago/MIT Picower Institute
Un nuevo estudio realizado por neurocientíficos del MIT sobre cómo subtipos neuronales aparentemente similares impulsan la locomoción en la mosca de la fruta reveló una diversidad inesperada a medida que los comandos del cerebro se transmiten a las fibras musculares. Una secuencia de experimentos reveló una diferencia dramática entre las dos células nerviosas: una neurona se apresuró a adaptarse a los diferentes cambios de la otra, pero no recibió ninguna respuesta cuando las circunstancias se revirtieron.
Los hallazgos publicados en el Journal of Neuroscience sugieren que estas subclases de neuronas, que también se encuentran abundantemente en las personas y muchos otros animales, exhiben una diversidad no apreciada previamente en su propensión a responder a los cambios, una propiedad clave conocida como «sináptica». plasticidad.» La plasticidad sináptica se considera un mecanismo esencial de cómo se producen el aprendizaje y la memoria en el cerebro, y las aberraciones en el proceso probablemente sean fundamentales para trastornos como el autismo.
«Al ver que estos dos tipos diferentes de neuronas motoras en realidad muestran tipos muy distintos de plasticidad, eso es emocionante porque significa que no solo sucede una cosa», dijo el autor principal Troy Littleton, miembro del Instituto Picower para el Aprendizaje y la Memoria y profesor Menicon de Neurociencia en los Departamentos de Biología y Cerebro del MIT. y Ciencias Cognitivas. «Hay varios tipos de cosas que se pueden alterar para cambiar la conectividad dentro del sistema neuromuscular».
Neuronas tónicas y fásicas
Ambas neuronas funcionan de la misma manera, emitiendo la neurotransmisor glutamato en sus conexiones, o sinapsis, con los músculos. Pero estas dos neuronas lo hacen con estilos diferentes. La neurona «tónica», que se conecta solo a un solo músculo, emite su glutamato a un ritmo constante pero bajo mientras el músculo está activo. Mientras tanto, la neurona «fásica» se conecta a un grupo completo de músculos y salta con un fuerte pulso rápido de actividad para hacer que los músculos entren en acción.
Dirigiéndose al estudio Littleton y la autora principal Nicole Aponte-Santiago tenían curiosidad por explorar si estas diferentes neuronas compiten o cooperan para impulsar las fibras musculares, y si exhibían una plasticidad diferente cuando se alteraban sus funciones. Para comenzar con lo que finalmente se convirtió en su investigación de tesis, Aponte-Santiago desarrolló los medios para adaptar las alteraciones genéticas específicamente en cada una de las dos neuronas.
«La razón por la que pudimos responder estas preguntas en primer lugar fue porque produjimos herramientas para comenzar a manipular diferencialmente una neurona frente a la otra, o etiquetar una frente a la otra», dijo Aponte-Santiago, quien obtuvo su Ph.D. en el laboratorio de Littleton a principios de esta primavera y ahora es un posdoctorado en la Universidad de California en San Francisco.
Con acceso genético a cada neurona, Aponte-Santiago las etiquetó claramente para ver cómo cada una crece en larvas de mosca a medida que crecen. desarrollado. Vio que la neurona tónica llegaba primero al músculo y que la fásica se conectaba al músculo después. También observó que, a diferencia de los mamíferos, las neuronas no competían para controlar el músculo, sino que permanecían una al lado de la otra, cada una de las cuales contribuía de forma característica a la actividad eléctrica total necesaria para impulsar el movimiento.
Para estudiar las neuronas ‘ plasticidad, Aponte-Santiago empleó dos manipulaciones de cada neurona. Ella los eliminó por completo haciéndolos expresar una proteína letal llamada «reaper» o redujo sustancialmente su actividad de glutamato a través de la expresión de la toxina del tétanos.
Cuando eliminó la neurona fásica con reaper, el tónico La neurona rápidamente intensificó su señalización, intentando compensar tanto como pudo. Pero en las moscas donde eliminó la neurona tónica, la neurona fásica no se movió en absoluto, continuando como si nada hubiera cambiado.
Del mismo modo, cuando Aponte-Santiago redujo la actividad de la neurona fásica con la toxina , la neurona tónica aumentó el número de botones y estructuras de zonas activas en sus sinapsis para responder a la pérdida de su pareja. Pero cuando redujo la actividad de la neurona tónica, la neurona fásica nuevamente no pareció responder.
En todos los experimentos, el músculo recibió menos impulso general de las neuronas que cuando todo era normal. Y mientras que la neurona fásica aparentemente no se molestó en compensar ninguna pérdida por parte de la neurona tónica, la neurona tónica empleó diferentes medios para compensar, ya sea aumentando su señalización o mejorando el número de sus conexiones en el músculo, dependiendo de cómo se desarrollara la fase fásica. neurona estaba disminuida.
«Fue bastante intrigante que Nicole descubriera que cuando la entrada fásica no estaba allí, había una forma única de plasticidad que mostraba la neurona tónica», dijo Littleton, «pero si la neurona fásica estaba allí y no estaba funcionando, la neurona tónica se comportó de una manera muy diferente».
Otro aspecto intrigante del estudio es el papel del propio músculo, que puede ser un intermediario activo de la plasticidad, dijo Littleton. Es posible que las neuronas no detecten cuándo se han eliminado o inactivado unas a otras. En cambio, el músculo parece pedir esos cambios.
«Aunque un músculo tiene dos entradas distintas, puede controlar esas dos de forma única», dijo Littleton. «Cuando el músculo recibe glutamato, ¿sabe si proviene del tónico o de la neurona fásica y le importa? Parece que sí le importa, que realmente necesita el tónico más que el fásico. Cuando el fásico desaparece cambia parte de la plasticidad, pero cuando el tónico desaparece, el fásico no puede hacer mucho al respecto».
En un nuevo trabajo, el laboratorio ahora está analizando las diferencias en la expresión génica entre las dos neuronas para identificar qué proteínas son responsables de las propiedades únicas y la plasticidad de las neuronas tónicas y fásicas. Al definir los fundamentos genéticos de sus propiedades únicas, el laboratorio espera comenzar a comprender los fundamentos moleculares de la diversidad neuronal en el cerebro.
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Restablecimiento de la comunicación entre nervios y músculos en la ELA Más información: Nicole A. Aponte-Santiago et al, Plasticidad sináptica inducida por manipulación diferencial de motoneuronas tónicas y fásicas en Drosophila, The Revista de Neurociencia (2020). DOI: 10.1523/JNEUROSCI.0925-20.2020 Información de la revista: Journal of Neuroscience
Proporcionado por el Instituto Tecnológico de Massachusetts Cita: Las neuronas muestran estilos distintos a medida que interactúan con el mismo compañero muscular (7 de julio de 2020) recuperado el 31 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2020-07-neurons-distinct-styles-interact-muscle.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.