Elusivo vínculo entre las convulsiones, la proteína de señalización celular identificada en el pez cebra
El equipo de científicos del Instituto de Investigación Biomédica Fralin usó larvas de pez cebra para revelar una conexión entre las convulsiones y un déficit en la proteína cerebral conexina 36. Aquí, dos vistas del cerebro de un pez cebra muestran aumentos generalizados en la hiperactividad, marcados en verde, después de que el cerebro estuvo expuesto a un fármaco que bloquea la proteína y otro fármaco que induce convulsiones. Las áreas de disminución significativa de la actividad están marcadas en magenta. Crédito: Yuchin Albert Pan Lab
Para que el cerebro aprenda, retenga recuerdos, procese información sensorial y coordine los movimientos del cuerpo, sus grupos de células nerviosas deben generar señales eléctricas coordinadas. El desorden en el disparo sincrónico puede afectar estos procesos y, en casos extremos, provocar convulsiones y epilepsia.
La sincronía entre neuronas vecinas depende de la proteína conexina 36, un elemento esencial de ciertos tipos de conexiones sinápticas que, a diferencia de las sinapsis químicas clásicas, transmiten señales entre neuronas a través de conexiones eléctricas directas. Durante más de 15 años, los científicos han debatido el vínculo entre la conexina 36 y la epilepsia.
Ahora, un equipo de científicos de Virginia Tech dirigido por Yuchin Albert Pan, profesor asociado del Instituto de Investigación Biomédica Fralin en VTC, han identificado un nuevo vínculo entre las convulsiones y la deficiencia de conexina 36. El descubrimiento, publicado el 11 de enero de 2021 en Frontiers in Molecular Neuroscience, encontró que esta interacción puede hacer que el cerebro sea más propenso a tener convulsiones.
Alyssa Brunal, recién graduada de biología traslacional, medicina de Virginia Tech , y el programa de doctorado en salud, en colaboración con su mentor Pan, desarrolló nuevos modelos para estudiar la relación entre la conexina 36 y las convulsiones y confirmó la relación.
El pez cebra sirve como un poderoso modelo animal, lo que permite a los investigadores evaluar los efectos de conexina 36 en todo el cerebro en un sistema vivo intacto durante la hiperactividad neural.
Como componente esencial de las sinapsis acopladas eléctricamente entre neuronas, la conexina 36 desempeña un papel importante en la activación rápida y sincrónica de redes interconectadas de neuronas dentro del cerebro, lo cual es necesario para los procesos cerebrales normales.
«En estudios anteriores, las personas no estaban usando los mismos organismos modelo. No estaban mirando las mismas regiones del cerebro. Eran no usar los mismos métodos para inducir las convulsiones», dijo Brunal. «Pensé que, debido a que el pez cebra es un organismo modelo tan versátil, podríamos usarlo para tratar de discernir lo que realmente está pasando».
Pan, quien frecuentemente usa larvas de pez cebra en estudios, dijo que los peces son ideales porque se desarrollan fuera del útero, son translúcidos y todo su cerebro es lo suficientemente pequeño como para caber completamente bajo un microscopio.
«Usando técnicas modernas de microscopía, podemos ver en un animal intacto lo que sucede dentro del cerebro», dijo Pan, quien también es becario de investigación eminente en neurociencia del desarrollo del Commonwealth Center for Innovative Technology del instituto de investigación y profesor asociado en el departamento de ciencias biomédicas y patobiología del Virginia-Maryland College of Veterinary Medicine.
Brunal creó docenas de mapas de todo el cerebro del pez cebra para el estudio.
Los investigadores usaron dosis variables de un fármaco inductor de convulsiones, que causa la hiperactivación neuronal, uno de los principales contribuyentes a las convulsiones. Al comparar el pez cebra normal, de tipo salvaje y el pez cebra mutante con deficiencias de conexina 36, encontraron que la deficiencia de conexina 36 alteraba la susceptibilidad a la hiperactividad neuronal en una región del cerebro y de manera dependiente de la dosis del fármaco.
Habiendo establecido que la falta de proteína conexina cambiaba la susceptibilidad a las convulsiones, se preguntaron si la hiperactividad asociada con las convulsiones, a su vez, afectaba la expresión de la proteína. Para probar esto, aplicaron el fármaco inductor de convulsiones solo al pez cebra de tipo salvaje, pero esta vez, en lugar de buscar hiperactividad en el cerebro, buscaron la expresión de conexina 36. Los resultados fueron sorprendentes.
La hiperactividad inducida por el fármaco causó una caída aguda en los niveles de conexina 36 en todo el cerebro, que se recuperó con el tiempo.
«Yo estaba como, santa vaca, en realidad le está pasando algo a la proteína. Así que no solo es la proteína que afecta la hiperactividad, también estamos teniendo algún efecto sobre la proteína misma», dijo Brunal. «Creo que eso fue lo que realmente abrió completamente el proyecto».
Los resultados fueron impresionantes, dijo Pan.
«Muchas veces en ciencia, no sabes lo que está pasando». hasta que cuantifique minuciosamente las imágenes del microscopio y vea algo que emerge del análisis estadístico a un nivel significativo, pero en un caso en este estudio, la conexina 36 desapareció visiblemente», dijo Pan. «Pensamos que tenía que haber algo importante allí».
Aplicaron un fármaco bloqueador de la conexina 36 en el pez cebra de tipo salvaje, antes de administrar el fármaco inductor de convulsiones. Compararon los resultados con un grupo de control de pez cebra de tipo salvaje que recibió solo el fármaco inductor de convulsiones. El primer grupo tenía significativamente más hiperactividad neuronal, lo que sugiere que una pérdida aguda de conexina 36 puede provocar más convulsiones.
Si bien es bien sabido que tener una convulsión aumenta la probabilidad de eventos posteriores, los mecanismos que subyacen a esta clínica Los fenómenos no son bien entendidos. Este estudio describe un mecanismo novedoso: las convulsiones reducen los niveles de conexina 36 en modelos de pez cebra y pueden contribuir a la aparición de convulsiones posteriores.
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Los investigadores exploran por qué algunos pacientes con EM experimentan convulsiones Más información: Alyssa A. Brunal et al, Effects of Constitutive and Acute Connexin 36 Deficiency on Brain-Wide Susceptibility to PTZ- Hiperactividad Neuronal Inducida, Frente. mol. Neurosci., 11 de enero de 2021, DOI: 10.3389/fnmol.2020.587978 Proporcionado por Virginia Tech de https://medicalxpress.com/news/2021-01-elusive-link-seizures-cell-protein.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.