Reglas de los caminos neuronales: control del tráfico en tus sinapsis

Si bien el mecanismo de transmisión de información en el punto de contacto entre dos neuronas, la famosa sinapsis, se ha estudiado a fondo, el transporte de esta información dentro del extremo terminal de la neurona, llamado terminal presináptico, sigue siendo un terreno relativamente desconocido. En este terminal presináptico, los neurotransmisores, las moléculas que transfieren la información, son recogidos y transportados dentro de “vehículos” similares a burbujas celulares. No muy diferentes de una red de transporte público, estos vehículos celulares, llamados vesículas sinápticas, transportan los neurotransmisores a su destino. Allí, las vesículas se fusionan con la superficie de la terminal presináptica y liberan a sus pasajeros, los neurotransmisores, en el espacio sináptico entre las neuronas. Sin embargo,

Los científicos de OIST se propusieron investigar los caminos de estas vesículas, sospechando que estos vehículos celulares que se estancan o no pueden transportar pasajeros moleculares podrían desempeñar un papel potencial en las enfermedades neuronales. Su investigación, publicada en eLife , reveló que la movilidad y las propiedades dinámicas de estas vesículas dentro de la terminal presináptica dependían en gran medida de dos factores: el tipo y tamaño de la sinapsis y la composición de la propia vesícula.

“¿Cómo se mueven estas vesículas y cómo se ve el tráfico de vesículas dentro de una sinapsis? ¿Y qué tipo de factores podrían regular su movimiento y explicar la amplia gama de movilidad de vesículas observada entre las sinapsis? se preguntó el Dr. Laurent Guillaud, investigador del OIST y autor del estudio.

El consenso científico sugirió que el movimiento de las vesículas sinápticas era predominantemente aleatorio, basado en la difusión simple, una dispersión desorganizada y pasiva por toda la sinapsis. Pero la nueva investigación, dirigida por el Dr. Guillaud en la Unidad de Función Sináptica Celular y Molecular dirigida por el Prof. Tomoyuki Takahashi, revela que el fenómeno es mucho más complejo. Para observar con precisión el tráfico dentro de las terminales sinápticas, los investigadores recurrieron a sinapsis inusualmente grandes que lograron crecer en cultivos de laboratorio, como informaron el año pasado en el Journal of Neuroscience .

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“Las sinapsis convencionales son esos pequeños botones, de hasta una o dos micras [una millonésima de metro], y hace que sea realmente difícil observar el movimiento de las vesículas en un espacio tan pequeño”, comentó el Dr. Guillaud. “En su lugar, utilizamos ‘sinapsis gigantes’, que se encuentran originalmente en el sistema auditivo central, que son 20 veces más grandes y que cultivamos con éxito en placas de Petri para nuestros experimentos de imágenes en tiempo real”.

Las vesículas dentro de la sinapsis gigante no son más grandes, pero es mucho más fácil seguir sus caminos individuales dentro de la sinapsis enorme. El verdadero desafío fue establecer un método para etiquetar y rastrear eficientemente estas vesículas. Los investigadores de OIST utilizaron un anticuerpo específico que se vincularía específicamente a un componente de la vesícula. Este anticuerpo también se vinculó con etiquetas fluorescentes, como puntos cuánticos, un tipo específico de nanopartículas, o tintes sensibles al pH, que emitirían luz en condiciones específicas. Cuando la vesícula se fusiona con la membrana de la neurona para liberar neurotransmisores en la sinapsis, algunos de estos anticuerpos ingresan a la vesícula de vaciado y se enganchan. Estos anticuerpos marcados con fluorescencia luego se transportan a la terminal presináptica cuando las vesículas se separan de la membrana. .

Una vez que la técnica se validó en las sinapsis gigantes, los científicos de OIST ampliaron el estudio para comparar el movimiento de estas vesículas en sinapsis más pequeñas. Descubrieron que el tamaño de la sinapsis también tiene un impacto directo en la dirección y velocidad de las vesículas. El Dr. Guillaud agregó: “Recientemente, se ha informado que factores físicos como las interacciones hidrodinámicas, el hacinamiento y las colisiones influyen en la movilidad de las vesículas, pero hay muy pocos datos sobre los factores biológicos que determinan la dinámica de las vesículas. Lo que mostramos aquí es que el tipo de sinapsis, su organización estructural y su morfología son factores críticos que influyen en la motilidad de las vesículas”. Además, el resultado inesperado fue que la composición de la vesícula también influyó directamente en su movimiento. “Dependiendo de qué proteínas le den forma a la vesícula, influiría en su motilidad, ” comentó el Dr. Guillaud. “Desde un punto de vista funcional, la actividad sináptica, sin embargo, no parece influir en el tráfico de vesículas en estas sinapsis gigantes”.

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Un sistema de transporte público pierde eficiencia si los vehículos se paran o se atascan en embotellamientos. De manera similar, en la terminal presináptica, las vesículas incapaces de transportar neurotransmisores podrían ser la causa de enfermedades neuronales. Por lo tanto, la capacidad de rastrear estas vesículas podría revelar pistas importantes.

“En las enfermedades neurodegenerativas, a menudo hay problemas de transmisión deficiente de información a través de la sinapsis. Puede deberse a problemas con la liberación de neurotransmisores, pero también podría deberse a que los movimientos de las vesículas se ven afectados de alguna manera dentro de la neurona presináptica”, concluyó el Dr. Guillaud. “Sería particularmente interesante verificar si las vesículas se mueven normalmente dentro de las sinapsis en los trastornos neuropatológicos. Y si no, ¡cómo podemos solucionar los problemas de tráfico! Pero primero, debemos identificar y comprender los mecanismos que correlacionan las características morfológicas de la sinapsis y la firma molecular de las vesículas con sus propiedades y movimientos dinámicos”.

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