Identificado mediador clave de la interrupción neuronal en enfermedades neurológicas
Efecto de alterar la glucosa en la longitud de AIS en cultivos corticales de ratón. A, Imágenes de ejemplo del AIS después de 24 h de exposición a medios de cultivo normales que contienen 25 mm de glucosa, medios con alto contenido de glucosa que contienen 50 mm de glucosa o medios normales que contienen 25 mm de glucosa con 25 mm de manitol agregado como control osmótico en cultivos maduros ( DIV10DIV11). Barra de escala: 10m. B, Cuantificación de la longitud de AIS después de 24 h de exposición a 25, 50 o 25 mm de glucosa más 25 mm de manitol en cultivos maduros (DIV10DIV11). Los pequeños puntos grises indican cada AIS y los símbolos abiertos más grandes representan la longitud promedio de AIS para cada preparación de cultivo (se analizaron 236320 AIS de n = 3 cultivos). ns (no significativo) indica una comparación estadística al nivel de preparación del cultivo. C, Distribución fraccional acumulativa de longitudes de AIS después de 24 h de exposición a 25, 50 o 25 mm de glucosa más 25 mm de manitol. Crédito: DOI: 10.1523/ENEURO.0201-21.2021
Investigadores de la Universidad Estatal de Wright han identificado una molécula que interrumpe una estructura altamente especializada en las neuronas del cerebro, un hallazgo que podría ampliar la comprensión de las complicaciones neurológicas en las enfermedades.
La investigación, dirigida por el investigador postdoctoral Ryan Griggs, Ph.D., y el estudiante graduado de fisiología y neurociencia Duc Nguyen en el Departamento de Neurociencia, Biología Celular y Fisiología, se publicó en eNeuro, una revista científica revisada por pares producida por la Society for Neuroscience.
«Estos hallazgos podrían afectar significativamente la comprensión de las complicaciones neurológicas en varios estados de enfermedad y tienen una amplia relevancia fisiopatológica», escribieron los investigadores.
El proyecto de investigación comenzó en 2016, cuando Nguyen y su compañera de pregrado Jeneane Jaber se sumaron al creciente equipo de investigación encabezado por Keiichiro Susuki, MD, Ph.D., profesor asociado de neurociencia, biología celular y fisiología.
Griggs dijo que el equipo le apasiona estudiar la conexión entre la estructura y la función neuronal y cómo se modifica esa relación en las enfermedades del sistema nervioso.
«Creemos que las enfermedades neurológicas pueden ser causadas por pequeños cambios en la n eurones dentro del cerebro que alteran su función normal», dijo.
El proyecto de investigación se centró en las redes de células neuronales y su conectividad. Griggs dijo que para desarrollar nuevos tratamientos modificadores de la enfermedad neurológica, en lugar de solo tratar los síntomas, los mecanismos que inician y mantienen la función y la disfunción del sistema nervioso deben entenderse a nivel de red.
Investigación anterior indicaron que pequeños cambios en el segmento inicial del axón neuronal, una estructura molecular altamente especializada que regula la comunicación eléctrica entre neuronas, están presentes en modelos de ratón con enfermedad de Alzheimer, esclerosis múltiple o dolor neuropático crónico.
Los investigadores de Wright State recientemente descubrió cambios similares en el segmento inicial del axón en el cerebro de ratones con diabetes tipo 2. Estos hallazgos fueron publicados en 2018 y 2019 por Leonid Yermakov, Ph.D., cuando era MD/Ph.D. estudiante en el laboratorio de Susuki.
Los investigadores pensaron que un factor que podría estar involucrado es una molécula llamada metilglioxal, que se produce en las células del cuerpo cuando descomponen la glucosa. Los estudios muestran que el metilglioxal está elevado en pacientes con diabetes.
«Nuestra investigación es uno de los primeros estudios en identificar claramente un factor de enfermedad, el metilglioxal, que inicia la interrupción de una estructura crítica altamente especializada dentro de las neuronas, el segmento inicial del axón, «, dijo Griggs.
Los investigadores agregaron metilglioxal a los cultivos neuronales y encontraron que la longitud del segmento inicial del axón se redujo, un cambio estructural sutil pero potencialmente significativo. Es importante señalar que la cantidad de metilglioxal que agregaron probablemente representa los niveles elevados de metilglioxal presentes en pacientes o ratones con diabetes tipo 2.
Exponer las células al metilglioxal condujo a cambios neuronales funcionales tanto a nivel celular como nivel de red. Los investigadores observaron una actividad reducida en las redes de neuronas y una excitabilidad alterada en neuronas individuales después de exponer los cultivos a metilglioxal durante tres horas. Pero esos cambios estaban ausentes o se habían recuperado dentro de las 24 horas.
«Estos resultados eran contradictorios con nuestro pensamiento inicial de que los cambios estructurales en el segmento inicial del axón, como el acortamiento de su longitud, ocurrirían al mismo tiempo como disfunción neuronal», dijo Griggs. «Nuestra investigación futura apunta tanto a determinar cómo el metilglioxal media estos cambios estructurales y funcionales como a explicar el aparente desajuste en la relación temporal entre la interrupción de la estructura neuronal y la función que observamos».
Griggs dijo que lo más desafiante parte de la investigación consistía en poner en marcha experimentos utilizando técnicas recién aprendidas, como el cultivo de células neuronales y registros electrofisiológicos de conjuntos de electrodos múltiples.
«Pero tuvimos ayuda», dijo. «Colaboramos con el profesor Peter Wenner, Ph.D., y el instructor Carlos Gonzalez-Islas, Ph.D., en la Universidad de Emory. Ellos realizaron los registros electrofisiológicos celulares y nos ayudaron a interpretar nuestros resultados y escribir el artículo».
«Ahora contamos con todos los recursos para profundizar en la hipótesis de que el metilglioxal es el mediador clave de la interrupción del segmento inicial del axón en la diabetes tipo 2 utilizando todas nuestras técnicas y herramientas recientemente establecidas», agregó Griggs. «Son realmente los estudiantes dedicados y la comunidad de investigación colaborativa y de apoyo en Wright State los que hicieron posible este estudio».
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Sinapsis estáticas en una estructura en movimiento: ¡Cuidado con la brecha! Más información: Ryan B. Griggs et al, The Type 2 Diabetes Factor Methylglyoxal Mediates Axon Initial Segment Shortening and Alters Neuronal Function at the Cellular and Network Levels, eNeuro (2021). DOI: 10.1523/ENEURO.0201-21.2021 Proporcionado por la Universidad Estatal de Wright Cita: Identificador de mediador clave de la interrupción neuronal en la enfermedad neurológica (2021, 23 de noviembre) recuperado el 29 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com /news/2021-11-key-neuronal-disruption-neurological-disease.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.