Cómo una neurona regula dos comportamientos separados

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En todo el reino animal, existen numerosos ejemplos de neuronas que responden a múltiples estímulos y transmiten fielmente información sobre esos diversos entradas. En el ratón, por ejemplo, hay ciertas neuronas que responden tanto a la temperatura como al tacto potencialmente dañino. En la mosca de la fruta hay neuronas que perciben la luz, la temperatura, el dolor y los estímulos propioceptivos que surgen como resultado de la posición y el movimiento del cuerpo. Y en C. elegans, se cree que dos neuronas sensoriales, conocidas como neuronas PVD, que se extienden a lo largo del cuerpo en ambos lados regulan la propiocepción, así como las respuestas al tacto áspero y la temperatura fría.

Los científicos han ahora descubrí cómo una sola neurona PVD puede transmitir dos estímulos diferentes: mientras que un toque fuerte da como resultado el disparo típico del impulso neuronal que viaja a lo largo de la célula, la propiocepción provoca una respuesta localizada en una parte de la célula sin una participación aparente del resto. Los hallazgos se informan hoy (14 de noviembre) en Developmental Cell.

[El] artículo ilustra que diferentes partes de la neurona hacen cosas diferentes, dice el neurocientífico Scott Emmons del Albert Einstein College. de Medicina que no participó en la investigación, y eso hace que todo el sistema sea mucho más complejo de interpretar, dice.

Para examinar cómo una sola neurona interpreta distintas entradas e impulsa los comportamientos correspondientes, el neurocientífico Kang Shen de la Universidad de Stanford y sus colegas se centraron en el comportamiento de escape regulado por neuronas PVD cuando se pincha un gusano con un alambre y el gusano se mueve de forma normal mientras responde a los estímulos propioceptivos.

Los canales de proteínas mecanosensoriales en la membrana de las neuronas son el punto de partida para la respuesta de las células a un estímulo, por lo que el equipo analizó gusanos con mutaciones en una variedad de proteínas producidas por PVD para ver si distintos canales eran responsables de los diferentes estímulos. Esto llevó al descubrimiento de que los canales DEL-1, UNC-8 y MEC-10 eran necesarios para el movimiento normal pero no para escapar, mientras que el canal DEGT-1 era necesario para el escape pero no para el movimiento.

Pero descubrir los canales específicos involucrados es solo la mitad del rompecabezas, explica Shen. No quedó claro cómo la célula procesó las entradas aguas abajo de estos canales. Las neuronas PVD tienen vastas dendritas ramificadas a través de las cuales se reciben los diversos estímulos mecanosensoriales, pero solo un axón que luego entrega esta información a una célula objetivo corriente abajo. Trabajamos muy duro para comprender cómo un solo axón puede codificar ambos estímulos, dice Shen, y realmente no pudimos explicar qué estaba sucediendo.

Resultó que los diferentes estímulos que actuaban en los distintos canales causaron calcio particular. respuestas dentro de la célula. Si golpeas a los gusanos con [el] cable, verás este aumento de calcio en todo el árbol dendrítico que luego va al cuerpo celular, como se esperaría para las señales neuronales típicas, explica Shen. Pero, cuando el gusano simplemente se mueve normalmente, las señales de calcio en el cuerpo de la célula claramente faltan. Habíamos asumido que [la célula] necesita dispararse a la frecuencia de las ondulaciones del cuerpo, dice Shen, pero resultó que mientras las señales de calcio en las dendritas ocurrían a una frecuencia acorde con el movimiento ondulante, las del cuerpo celular eran raros. Esto indicó que las señales no se propagan más allá de la dendrita, dice Shen. Cuando vimos ese [resultado], dijimos, ¡ajá!

El equipo continuó demostrando que el movimiento de contoneo normal de los gusanos permaneció intacto incluso cuando la función de las neuronas PVD hizo sinapsis (el extremo del axón que se conecta con la celda aguas abajo) fue perturbado. Por el contrario, tal manipulación impidió el comportamiento de escape. También demostraron que, si bien el movimiento no provocó la activación de células enteras, provocó la liberación dendrítica localizada de un neuropéptido llamado NLP-12, y esto fue fundamental para el movimiento normal, pero no para el comportamiento de escape.

Parece que , [para uno de los estímulos], la propia dendrita, sin utilizar el cuerpo celular y el axón, puede comunicarse con otras células. . . . Eso para mí lo hace realmente interesante porque sugiere que podrían estar ocurriendo eventos locales que no habíamos considerado previamente, dice el neurobiólogo molecular Sreekanth Chalasani del Instituto Salk que no participó en la investigación. Es muy novedoso.

De hecho, los resultados indican que cuando se usan herramientas como la optogenética que hacen que las neuronas disparen un potencial de acción en el curso de toda la célula, por ejemplo, es posible que no se descubra por completo lo que la célula está haciendo, dice Shen, porque solo estás investigando un cierto aspecto de su actividad.

Pensamos en las redes neuronales como diagramas de cableado, agrega Emmons, y con un cable eléctrico pones un impulso en un lado y viaja junto al otro. Pero esta investigación muestra que las neuronas simplemente no son así, dice. No son cables en absoluto. Son unos pequeños ordenadores muy complicados.

L. Tao et al., Procesamiento paralelo de dos modalidades mecanosensoriales por una sola neurona en C. elegans, Dev. Cell, doi: 10.1016/j.devcel.2019.10.008, 2019.

Ruth Williams es una periodista independiente con sede en Connecticut . Envíele un correo electrónico a ruth@wordsbyruth.com o encuéntrela en Twitter @rooph.