La activación neuronal y el estrés social inducen la lactilación de proteínas en el cerebro

Este artículo muestra que la activación neuronal y el estrés por derrota social regulan la lactilación de proteínas en las células cerebrales, junto con cambios en los niveles de lactato. El estrés mejora específicamente la lactilación de lisina de las proteínas histona H1 en las neuronas de la corteza prefrontal (PFC). Crédito: Hagihara H, et al. Cell Rep 2021

Ser intimidado deja una huella bioquímica en el cerebro. La lactilación de proteínas es una modificación postraduccional de proteínas descubierta muy recientemente que implica la adición de un grupo lactilo a los residuos de lisina. Investigadores del Instituto de Ciencias Médicas Integrales de la Universidad de Salud de Fujita en Japón, junto con colegas de la Universidad de Ibaraki y el Instituto Nacional Japonés de Ciencia y Tecnología Industriales Avanzadas, han revelado ahora en ratones que la lactilación de proteínas ocurre en las neuronas del cerebro y es positivamente correlacionado con los niveles de lactato. Esta modificación fue potenciada por la excitación neuronal y el estrés social, procesos que se sabe aumentan el lactato. El estrés, por la exposición a la agresión, mejoró específicamente la lactilación de lisina de las proteínas histona H1. El estudio fue publicado el 12 de octubre en la revista Cell Reports.

El lactato (ácido láctico) es un producto final de la ruta glucolítica, cuya tasa aumenta junto con la demanda de energía. Las concentraciones de lactato corporal, incluso en el cerebro, aumentan después del ejercicio, pero también en relación con otras condiciones. Se han observado niveles elevados de lactato cerebral en múltiples trastornos neuropsiquiátricos, como la esquizofrenia, el trastorno bipolar, la depresión mayor y los trastornos de ansiedad.

Investigaciones recientes descubrieron que la lactilación de lisina es una nueva modificación postraduccional en los macrófagos que se puede estimulado por el lactato. Los investigadores japoneses estaban interesados en saber si la lactilación de proteínas también ocurre en las células cerebrales.

Mediante experimentos bioquímicos, de cultivo celular, histológicos y de comportamiento en ratones, los investigadores demostraron la lactilación de proteínas dependiente de la actividad neuronal en las neuronas del cerebro del ratón. . In vivo, la región del cerebro en la que esto pudo establecerse de manera inequívoca fue la corteza prefrontal (CPF). La lactilación de proteínas en el PFC mejoró después de aumentos en lactato (por inyección intraperitoneal de lactato), estimulación eléctrica (por tratamiento electroconvulsivo), ansiedad (por exposición a un nuevo entorno abierto) y estrés social (por exposición a agresión). El PFC es una región del cerebro involucrada en el control de arriba hacia abajo del comportamiento y las emociones.

El experimento de estrés social consistió en colocar un ratón durante 10 minutos en una jaula de un ratón más grande y agresivo, para ser dominado vigorosamente. . Esto se repitió durante 10 días consecutivos, colocando al pobre ratón cada día en la jaula de otro ratón grande y agresivo, después de lo cual se realizaron las mediciones.

«Curiosamente, este tipo de estrés aumentó los niveles de lactato cerebral, así como comportamientos similares a la ansiedad incluso después del final de la exposición al estrés, lo que puede causar una disminución del pH cerebral, una característica común entre animales modelos de múltiples enfermedades neuropsiquiátricas», explica el profesor Tsuyoshi Miyakawa, autor correspondiente del estudio. «Se cree que el lactato tiene un efecto antidepresivo, y el aumento crónico de los niveles de lactato en el cerebro puede formar un mecanismo compensatorio contra el estrés».

Empleando espectrometría de masas, los investigadores identificaron 63 proteínas lactiladas en el PFC de ratón. Entre estas proteínas, la lactilación de las histonas H1 aumentó significativamente después de la exposición de los ratones a la agresión. Las imágenes de súper resolución con microscopía de agotamiento de emisión estimulada (STED) revelaron que el estrés aumentó la lactilación de la histona H1 en los núcleos de las neuronas, pero no en los astrocitos.

Las modificaciones de las histonas median la regulación epigenética de una amplia variedad de genes. El Dr. Hideo Hagihara, autor principal del artículo, dice: «Los cambios epigenéticos sensibles al lactato en el contexto del estrés pueden desempeñar un papel en la regulación del comportamiento mediada por genes. Sin embargo, por ahora, estos datos siguen siendo completamente correlacionales. Es importante proporcionar información mecanicista sobre cómo la lactilación de histonas puede afectar las respuestas relacionadas con el estrés. Actualmente estamos realizando experimentos para abordar el problema».

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Científicos revelan el secreto del efecto Warburg asociado al cáncer Más información: Hagihara H. et al. Lactilación de proteínas inducida por excitación neural. Informes de celdas (2021). doi: doi.org/10.1016/j.celrep.2021.109820

Hideo Hagihara et al, Análisis sistemático de los niveles de pH y lactato cerebral en 65 modelos animales relacionados con condiciones neuropsiquiátricas, bioRxiv (2021). DOI: 10.1101/2021.02.02.428362 Información del diario: Informes de celdas