Células cerebrales similares a estrellas muestran patrones de actividad únicos
Los astrocitos (es decir, células estelares) tienen una morfología única. Si bien la estructura interna es similar a una estrella, pequeñas protuberancias de la célula forman una región similar a una nube que rodea todas las sinapsis cercanas, las uniones donde las diferentes neuronas se encuentran y se comunican. En ratones, se estima que los astrocitos están en contacto y cuidan alrededor de 300.000 sinapsis. Crédito: OIST
La forma en que las personas experimentan el mundo se debe a interacciones complejas e intrincadas entre las neuronas del cerebro. Ahora, un estudio, publicado el 9 de febrero de 2022 en Science Advances, sugiere que las células no neuronales con forma de estrella de los astrocitos en el cerebro también podrían desempeñar un papel importante en el procesamiento de la información, y tal vez incluso en la memoria.
Usando técnicas avanzadas de análisis e imágenes, los investigadores de la Universidad de Graduados del Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa (OIST) registraron la señalización dentro de astrocitos individuales a un nivel de detalle y velocidad nunca antes visto en los cerebros de ratones despiertos.
Sus hallazgos, que incluyen señales ultrarrápidas a la par de las observadas en las neuronas y patrones de actividad de señalización que corresponden a diferentes comportamientos, sugieren que los astrocitos pueden desempeñar un papel crucial en muchas funciones de nuestro cerebro, incluida la forma en que pensamos, nos movemos, y aprender.
«Si estas implicaciones son ciertas, transformarán fundamentalmente la forma en que pensamos sobre la neurociencia y la forma en que funciona el cerebro», dijo el primer autor, el Dr. Leonidas Georgiou, ex Ph.D. estudiante en la Unidad de Neuroimagen Óptica en OIST.
Cuando imaginamos nuestro cerebro, generalmente imaginamos una maraña desordenada de neuronas largas, parecidas a cables, que se envían señales eléctricas entre sí a través de diferentes regiones del cerebro. Pero las neuronas solo constituyen la mitad de las células de nuestro cerebro. Amontonados en todo el espacio restante entre el revoltijo de neuronas hay muchos otros tipos de células cerebrales, incluidos los astrocitos.
«En comparación con las neuronas, los astrocitos han recibido muy poca atención. Se pensaba que los astrocitos eran solo células auxiliares , suministrando nutrientes a las neuronas y eliminando sus desechos», dijo el profesor Bernd Kuhn, autor principal y director de la Unidad de Neuroimagen Óptica.
Pero en los últimos años, ha habido una cantidad cada vez mayor de evidencia de que los astrocitos pueden escuchar mensajes químicos enviados entre las neuronas en las sinapsis, y pueden responder con sus propias señales, proporcionando una capa adicional de complejidad a la forma en que nuestro cerebro recibe y responde a la información.
Aún así, las señales detectadas previamente en los astrocitos eran unas diez veces más lento que las señales que se ven en las neuronas, por lo que los científicos creen que las células eran demasiado lentas para el procesamiento de la información.
Sin embargo, al desarrollar un nuevo conjunto de herramientas que permite el estudio de la actividad de los astrocitos en ratones despiertos Con detalles sin precedentes, los investigadores de OIST demostraron por primera vez que los astrocitos generan señales in vivo que son tan rápidas como las de las neuronas, con una duración de menos de 300 milisegundos.
Los científicos descubrieron que ubicaciones específicas dentro de un astrocito mostraban niveles más altos de actividad El mapa de puntos de acceso cambió según el comportamiento del mouse, por ejemplo, descansando o corriendo, durante la grabación. Crédito: De Georgiou et al., Sci. Adv. 8, eabe5371 (2022). Este trabajo tiene licencia CC BY (creativecommons.org/licenses/by/4.0/).
Su conjunto de herramientas se basó en un nuevo descubrimiento: que un virus que se usa regularmente para la terapia génica podría «saltar» de las neuronas a los astrocitos conectados. Los científicos utilizaron un virus adenoasociado que contenía un gen que hace que las células infectadas emitan fluorescencia. La fluorescencia aumenta en intensidad en presencia de calcio, un indicador importante de la actividad de la señal dentro de las células vivas.
Una vez etiquetados, el equipo de investigación pudo usar un poderoso microscopio casero para identificar y obtener imágenes de un solo astrocito, sobre varios días durante hasta una hora a la vez, mientras el ratón estaba despierto y en movimiento.
Luego, los científicos utilizaron un programa informático avanzado para analizar las imágenes grabadas, lo que les permitió detectar lo nunca antes visto. destellos ultrarrápidos de señales de calcio y evaluar patrones de señales de manera imparcial.
Descubrieron que la estimulación sensorial, al hacer cosquillas en los bigotes, resultó en muy poca señalización de calcio, mientras que ciertos comportamientos, como correr o caminar , resultó en altos niveles de actividad.
Los científicos también se dieron cuenta de que había ciertas áreas en el astrocito, o puntos calientes, donde los niveles de actividad eran más altos.
«Estos mapas de puntos calientes son como huellas dactilares para un comportamiento específico, son estables sobre r tiempo, permaneciendo igual durante un período de días y único para cada astrocito», dijo el Dr. Georgiou.
Aún más sorprendente, el equipo notó que los diferentes comportamientos correspondían a patrones únicos de puntos críticos.
«Entonces, cuando el mouse está en reposo, ves un patrón. Y luego, cuando el ratón se está ejecutando, ves un patrón diferente», dijo el profesor Kuhn.
Una hipótesis sugerida por el profesor Kuhn es que estos mapas de puntos de acceso podrían representar un patrón de engramas de memoria que representa un comportamiento específico o un recuerdo. Diferentes redes neuronales están activas durante comportamientos específicos o cuando aprenden y recuerdan información, lo que también podría cambiar la actividad de los astrocitos cercanos. Los engramas de memoria siguen siendo teóricos y muy controvertidos, reconoció.
«Nosotros Todavía no sé cómo se almacenan los recuerdos en un cerebro, pero es increíble pensar que podría involucrar a los astrocitos», dijo. «Es probable que sea demasiado bueno para ser verdad, pero es una hipótesis emocionante para seguir».
Explore más
El circuito de llamada y respuesta indica a las neuronas cuándo desarrollar sinapsis Más información: Leonidas Georgiou et al, mapas de actividad de Ca+ de astrocitos etiquetados por transferencia AAV axoastrocítica, Science Advances (2022) DOI: 10.1126/sciadv.abe5371.www.science.org/do i/10.1126/sciadv.abe5371 Información de la revista: Science Advances
Proporcionado por el Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa Cita: Las células cerebrales similares a estrellas muestran patrones de actividad únicos ( 2022, 9 de febrero) recuperado el 29 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2022-02-star-like-brain-cells-unique-patterns.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.