Una nueva perspectiva del recambio de proteínas en el cerebro

Los investigadores investigan los procesos clave que potencialmente subyacen a una variedad de enfermedades neurológicas

Mantener el cerebro humano en un estado saludable requiere un delicado equilibrio entre la generación de nuevo material celular y la destrucción del antiguo. Las estructuras especializadas conocidas como lisosomas, que se encuentran en casi todas las células de su cuerpo, ayudan a llevar a cabo esta rotación continua al digerir material que es demasiado viejo o que ya no es útil.

Los científicos tienen un gran interés en este proceso de degradación, ya que debe estar estrictamente regulado para garantizar un funcionamiento cerebral saludable para el aprendizaje y la memoria. Cuando los lisosomas no hacen su trabajo, son posibles los trastornos relacionados con el cerebro, como el Parkinson y el Alzheimer.

Científicos de la Universidad de California en San Diego, dirigidos por la estudiante graduada Marisa Goo bajo la dirección del profesor Gentry Patrick, han proporcionado la primera evidencia de que los lisosomas pueden viajar a partes distantes de las neuronas a áreas similares a ramificaciones conocidas como dendritas. Sorprendentemente, también encontraron que los lisosomas se pueden reclutar para las espinas dendríticas, áreas específicas donde las neuronas se comunican entre sí. Los investigadores también revelaron que la activación directa de una sola espina dendrítica puede reclutar directamente lisosomas para estas ubicaciones especializadas. Los resultados aparecen en la edición del 7 de agosto de la  revista Journal of Cell Biology.

“Anteriormente no había ninguna razón para pensar que los lisosomas podían viajar hasta los extremos de las dendritas en las sinapsis”, dijo Patrick, profesor de neurobiología en la División de Ciencias Biológicas de UC San Diego. “Estamos mostrando que la actividad neuronal los está entregando a la sinapsis y están desempeñando un papel integral e instructivo en la remodelación y la plasticidad, que son tan importantes para el aprendizaje y la memoria”.

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Los investigadores utilizaron marcadores fluorescentes codificados genéticamente para etiquetar los lisosomas y seguir sus movimientos, a veces a decenas e incluso cientos de micrones de distancia del cuerpo celular. Se utilizó microscopía confocal, de dos fotones y electrónica para revelar que los lisosomas se mueven en las dendritas y están presentes en las espinas, algo que no se había visto antes.

Se identificaron lisosomas en dendritas y espinas dendríticas utilizando diversas técnicas. Las neuronas cultivadas muestran lisosomas en todas las neuronas y en las espinas dendríticas indicadas en amarillo (izquierda y arriba a la derecha); los cortes de cerebro muestran un lisosoma en la cabeza de la columna resaltado en verde (centro a la derecha); y la microscopía electrónica de transmisión revela un lisosoma (círculo negro) cerca de la base de una columna vertebral (extremo inferior derecho).

 

“Hemos demostrado que los lisosomas se pueden reclutar en una sola sinapsis… hasta ahora no teníamos idea de que los lisosomas podían recibir señales tan instructivas”, dijo Patrick, “para muchas enfermedades neurodegenerativas, la disfunción de los lisosomas parece desempeñar un papel. Entonces, ahora podemos observar la distribución y el tráfico de lisosomas, que ahora sabemos que están controlados por neuronas, y preguntar: ¿eso está alterado en la enfermedad?

Los coautores del estudio incluyen a Laura Sancho, Natalia Slepak, Daniela Boassa, Thomas Deerinck, Mark Ellisman y Brenda Bloodgood.

El estudio fue apoyado por una beca de investigación de posgrado de la Fundación Nacional de Ciencias (Goo), una beca predoctoral de la Fundación Ford (Goo), una subvención de los Institutos Nacionales de Salud

NS060847 (Patrick), fondos de UC San Diego (Patrick), subvención del programa Searle Scholars 14-SSP-184 (Bloodgood) y subvención de Pew Charitable Trusts 00028631 (Bloodgood). El Centro Nacional de Investigación en Microscopía e Imágenes de UC San Diego cuenta con el apoyo de las subvenciones de los Institutos Nacionales de Salud P41GM103412 (Ellisman) y GM086197 (Stephen Adams/Ellisman/Boassa).

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