Nueva herramienta ‘molecular’ ayuda a arrojar luz sobre sinapsis individuales en células cerebrales

Un esquema de paCaMKII. El dominio LOV2-J derivado de la proteína vegetal, la fototropina 1, se fusionó con la proteína quinasa II dependiente de calcio/calmodulina (CaMKII). La absorción de luz azul provoca un cambio conformacional reversible del dominio LOV2, lo que lleva a la disociación del dominio quinasa. Esta quinasa liberada estructuralmente activa las moléculas de señalización posteriores que se requieren para la inducción de la plasticidad sináptica. Crédito: Hideji Murakoshi

Las neuronas son las células primarias del sistema nervioso, y las señales que se transmiten entre ellas son responsables de todas nuestras acciones y nuestra capacidad cognitiva. En particular, se cree que el aprendizaje y la memoria están asociados con un proceso llamado «potenciación a largo plazo», que es el fortalecimiento de las conexiones entre neuronas específicas a través de la transmisión continua de señales a través de las sinapsis (pequeños espacios entre las neuronas). La potenciación a largo plazo puede cambiar la conexión entre las neuronas a través de las sinapsis cambiando su tamaño y composición. Comprender cómo se produce la potenciación a largo plazo puede ser valioso para aclarar cómo nuestro cerebro aprende y retiene nuevos conocimientos. Un equipo de científicos de Japón ahora ha logrado avances significativos en la comprensión de la potenciación a largo plazo. ¡Sigue leyendo para saber cómo!

Una forma de estudiar la potenciación a largo plazo es usar la optogenética, es decir, activar las neuronas y monitorear sus respuestas ante la estimulación de la luz. La optogenética permite a los científicos activar neuronas individuales y diseccionar cómo funcionan las neuronas en las redes neuronales. Como tal, la optogenética es un avance revolucionario en la investigación de la neurociencia, pero hasta ahora no se han desarrollado herramientas optogenéticas para modificar sinapsis individuales (espinas). Este es un problema porque las vías de señalización neuronal pueden tener efectos específicos de la columna vertebral. En particular, la proteína CaMKII, crítica para la potenciación a largo plazo, es activada por la molécula de glutamato de una manera específica para la columna vertebral, pero lo que sucede exactamente en las sinapsis durante la activación sigue siendo un misterio.

Afortunadamente, una El equipo de investigación del Instituto Nacional de Ciencias Fisiológicas de Japón, dirigido por el Dr. Hideji Murakoshi, resolvió este problema. El equipo fusionó CaMKII con un dominio específico de un fotorreceptor vegetal (un tipo de célula que responde a la luz). Este dominio llamado LOV2-J hizo que CaMKII se volviera sensible a la luz, después de lo cual expresaron este nuevo CaMKII fotoactivable en diferentes tipos de neuronas aisladas y en ratones vivos. Sus hallazgos se publicaron recientemente en la revista Nature Communications.

«Nos emocionó mucho descubrir que la activación de CaMKII desencadena algunos efectos importantes, específicamente el reclutamiento de receptores que provocan una reacción en cadena que luego conduce a la potenciación a largo plazo, «, explica el Dr. Murakoshi. El proceso cambia físicamente las espinas dendríticas, expandiéndolas, un resultado que los científicos también observaron en sus experimentos. Es importante destacar que todo lo que se necesitaba para que sucediera este proceso era la activación de CaMKII, para decirlo en términos científicos, la activación de CaMKII fue suficiente para la potenciación a largo plazo de las espinas dendríticas individuales, lo que no se había demostrado antes. El equipo también utilizó tecnología de imagen basada en luz y el CaMKII activado por luz para determinar qué moléculas de señalización se activan durante la potenciación a largo plazo. Todos estos hallazgos se combinan para proporcionar una mejor imagen de cómo se produce la potenciación a largo plazo a nivel de sinapsis.

«Además de la valiosa información que descubrimos sobre un importante proceso neurológico, nuestro CaMKII activado por la luz es una gran adición a las herramientas optogenéticas existentes», comenta el Dr. Murakoshi cuando se le pregunta sobre la importancia de su trabajo. «Hemos creado algo que se puede usar para manipular la señalización neuronal e investigar la plasticidad sináptica o los cambios fisiológicos que ocurren en las sinapsis individuales durante eventos como la formación de la memoria».

Los científicos son optimistas de que con un mayor desarrollo, el La capacidad de manipular las sinapsis también tiene implicaciones importantes para el tratamiento de enfermedades cerebrales (como el autismo), ¡una hazaña notable para la neurociencia!

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Los científicos desarrollan una herramienta controlable por luz para estudiar la cinética de CaMKII en el aprendizaje y la memoria Más información: Akihiro CE Shibata et al, Photoactivatable CaMKII induce plasticidad sináptica en sinapsis individuales, Nature Communications (2021). DOI: 10.1038/s41467-021-21025-6 Información de la revista: Nature Communications

Proporcionado por los Institutos Nacionales de Ciencias Naturales Cita: Nueva herramienta ‘molecular’ ayuda a arrojar light on individual synapses in brain cells (2021, 9 de febrero) recuperado el 30 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2021-02-molecular-tool-individual-synapses-brain.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.