Par de proteínas mantiene estable la función cerebral

Después de realizar muchos miles de mediciones en experimentos que abarcan más de 10 años, los científicos de la UC San Francisco han descubierto que dos socios moleculares interactúan en las sinapsis para mantener una función neuronal estable. Los investigadores dijeron que el estudio podría ayudar a explicar cómo el cerebro puede funcionar de manera eficiente y predecible durante muchas décadas, y puede ofrecer un nuevo enfoque para una variedad de trastornos neurológicos y psiquiátricos, incluidos el autismo, la esquizofrenia, el trastorno de estrés postraumático y la adicción. .

Cada vez que aprendemos una nueva habilidad, adoptamos un nuevo hábito o pasamos por una experiencia emocional, nuestro cerebro toma nota y sus circuitos sufren cambios. Pero la tan anunciada “plasticidad” del cerebro es solo una parte de la historia: si todo cambiara todo el tiempo, ¿cómo podríamos mantener los recuerdos, las habilidades y el conocimiento que nos hacen ser quienes somos? La plasticidad solo tiene valor en un contexto estable y predecible, y los factores que amenazan esta estabilidad, desde mutaciones genéticas presentes al nacer hasta experiencias de vida como trauma, abuso de drogas y envejecimiento, tienen el potencial de desencadenar trastornos cerebrales, dijeron los investigadores.

Como se informó el 27 de septiembre de 2017 en  Nature , en estudios de moscas de la fruta, los investigadores demostraron que cuando la comunicación neuronal se interrumpe experimentalmente, dos proteínas, llamadas semaforina y plexina (llamadas juntas “sema-plexina”), impulsan una reacción compensatoria que restaura rápidamente la normalidad. función. Dado que los humanos comparten aspectos fundamentales de la comunicación neuronal en la mosca de la fruta, los científicos dijeron que el sistema de estabilización recién descubierto también podría actuar durante la vida humana para oponerse a cualquier tipo de caos en el sistema nervioso.

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“Este sistema estabiliza la función neuronal en respuesta a las perturbaciones”, dijo  Graeme “Grae” Davis , PhD, Profesor Distinguido de Medicina Morris Herzstein en UCSF y autor principal del nuevo estudio. “Si interrumpe este estabilizador, será menos resistente a una perturbación, ya sea una toxina ambiental, una mutación genética, una infección o una lesión. Así que estamos imaginando una forma totalmente diferente de abordar las enfermedades: disminuir su gravedad al hacer que el sistema nervioso sea más resistente a las interrupciones que causan enfermedades”.

El Homeóstato Es Como Un Termostato

El concepto de homeostasis, que describe cómo las células se adaptan para sobrevivir en un mundo en constante cambio, se puede comparar con el control de la temperatura del hogar mediante un termostato y un horno. Puede configurar un termostato a una temperatura cómoda de 70 grados. Pero si abre una ventana por la noche y entra aire frío, el termostato detecta el cambio de temperatura y envía una señal al horno para que produzca calor. Luego, a medida que la casa se calienta, el termostato detecta el regreso a la temperatura deseada y ajusta la producción de calor para mantener la casa a 70 grados.

A fines de la década de 1990, Davis y sus colegas descubrieron que las neuronas contienen un “homeostato” que es capaz de estabilizar el funcionamiento de las neuronas después de perturbaciones que alteran la actividad de las células nerviosas o la comunicación química entre las neuronas. Tener un homeostato que funcione bien significa que el flujo de información a través del sistema nervioso se mantiene resistente a las perturbaciones. Los beneficios no son solo relevantes para enfermedades o lesiones. Como se señaló, la función de referencia estable y predecible puede permitir que una importante plasticidad relacionada con el aprendizaje se destaque por encima de todo el ruido creado por nuestra actividad diaria.

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“La idea es que el homeostato mejore la relación señal-ruido y cree fidelidad en el sistema”, dijo Davis, miembro del Instituto Kavli de Neurociencia Fundamental de la UCSF.

Durante las últimas dos décadas, el laboratorio de Davis ha observado meticulosamente el homeostato neural en acción, pero hasta el nuevo estudio se desconocía el mecanismo molecular preciso que hace posible sus finos autoajustes.

Semaphorin Y Plexin Trabajan Juntos

El dúo de sema-plexina también se descubrió por primera vez hace aproximadamente dos décadas en la mosca de la fruta Drosophila, pero en un papel diferente: como moléculas guía que ayudan a las neuronas a encontrar sus objetivos correctos a medida que el sistema nervioso se conecta durante el desarrollo. Pero estas moléculas todavía están presentes en el cerebro maduro y completamente conectado, y los científicos no estaban seguros de por qué. El nuevo estudio muestra que el sistema de señalización de sema-plexina, tan crucial para el desarrollo adecuado del cerebro, se reutiliza en el sistema nervioso adulto como un homeostático.

Davis y su equipo aprovecharon un nexo de comunicación bien estudiado en Drosophila llamado unión neuromuscular (NMJ), donde una célula nerviosa individual envía señales a una sola célula muscular. Debido a que la comunicación nervio-músculo en la NMJ se puede cuantificar fácilmente, el grupo de investigación de Davis pudo medirla una y otra vez, miles de veces, en busca de mutaciones genéticas que pudieran alterar el control homeostático. Después de más de una década de tales experimentos, dieron con la semaforina y la plexina, un par de moléculas emparejadas que residen en lados opuestos de la unión neuromuscular, como los actores cruciales en este proceso.

Cuando los investigadores perturbaron la sinapsis en la NMJ al reducir químicamente su fuerza con un compuesto neurotóxico, la semaforina envió señales desde la célula muscular de vuelta a la plexina en la terminación de la célula nerviosa. Esta señal estimuló la liberación mejorada de neurotransmisores químicos, restaurando así con precisión la magnitud correcta de comunicación entre el nervio y el músculo y, por lo tanto, manteniendo la estabilidad.

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“Este es el primer descubrimiento de un sistema de señalización coherente para la homeostasis neuronal, conectando una célula con otra”, dijo Davis. “Este es un gran avance, pero queda una enorme cantidad de trabajo por hacer. Todavía tenemos que entender cómo enciende este sistema de señalización y cómo controla su magnitud, sin mencionar el trabajo futuro que examina las conexiones con las enfermedades del cerebro de los mamíferos”.

Además de Davis, los autores del nuevo estudio de la UCSF incluyen a Brian O. Orr, PhD, y Richard D. Fetter, PhD. La investigación fue apoyada por los Institutos Nacionales de Salud.

UC San Francisco (UCSF) es una universidad líder dedicada a promover la salud en todo el mundo a través de la investigación biomédica avanzada, la educación de posgrado en ciencias biológicas y profesiones de la salud, y la excelencia en la atención al paciente. Incluye las mejores escuelas de posgrado en odontología, medicina, enfermería y farmacia; una división de posgrado con programas de renombre nacional en ciencias básicas, biomédicas, traslacionales y de población; y una empresa preeminente de investigación biomédica. También incluye UCSF Health, que comprende tres hospitales de primer nivel,  UCSF Medical Center  y UCSF Benioff Children’s Hospitals en  San Francisco  y  Oakland , y otros hospitales asociados y afiliados y proveedores de atención médica en toda el Área de la Bahía.

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