Investigadores del Instituto Max Planck de Florida para Neurociencia, Universidad de Duke y colaboradores han identificado un nuevo sistema de señalización que controla la plasticidad neuronal.
Una de las propiedades más fascinantes del cerebro de los mamíferos es su capacidad de cambiar a lo largo de la vida. Las experiencias, ya sea para un examen o una situación traumática, alteran nuestros cerebros al modificar la actividad y la organización de circuitos neuronales específicos, modificando asísentimientos, pensamientos y comportamiento. Estos cambios tienen lugar en y entre las sinapsis, las uniones de comunicación entre las neuronas. Esta alteración de la estructura y función del cerebro impulsada por la experiencia se llama plasticidad sináptica y se considera la base celular para el aprendizaje y la memoria.
Muchos grupos de investigación en todo el mundo se dedican a avanzar en nuestra comprensión de los principios fundamentales del aprendizaje y la formación de la memoria. Esta comprensión depende de la identificación de las moléculas involucradas en el aprendizaje y la memoria y los roles que desempeñan en el proceso. Cientos de moléculas aparecenparticipar en la regulación de la plasticidad sináptica y comprender las interacciones entre estas moléculas es crucial para comprender completamente cómo funciona la memoria.
Existen varios mecanismos subyacentes que trabajan juntos para lograr la plasticidad sináptica, incluidos los cambios en la cantidad de señales químicas liberadas en una sinapsis y los cambios en la sensibilidad de la respuesta de una célula a esas señales. En particular, la proteína BDNF, su receptor TrkB, y las proteínas GTPasa están involucradas en algunas formas de plasticidad sináptica, sin embargo, se sabe muy poco sobre cuándo y dónde se activan en el proceso.
Mediante el uso de técnicas de imagen sofisticadas para monitorear los patrones de activación espacio-temporal de estas moléculas en espinas dendríticas individuales, el grupo de investigación dirigido por el Dr. Ryohei Yasuda en el Instituto Max Planck Florida para Neurociencia y el Dr. James McNamara en el Centro Médico de la Universidad de Duke han descubierto críticasdetalles de la interacción de estas moléculas durante la plasticidad sináptica. Estos emocionantes hallazgos se publicaron en línea antes de su impresión en septiembre de 2016 como dos publicaciones independientes en Nature.
Un sorprendente sistema de señalización dentro de la columna vertebral
En una de las publicaciones Harward y Hedrick et al., Los autores identificaron un sistema de señalización autocrina, un sistema donde las moléculas actúan sobre las mismas células que las producen, dentro de las espinas dendríticas individuales. Este sistema de señalización autocrina se logramediante la liberación rápida de la proteína, BDNF, desde una columna estimulada y la posterior activación de su receptor, TrkB, en la misma columna, que activa aún más la señalización dentro de la columna vertebral, lo que a su vez conduce al agrandamiento de la columna, el proceso esencial para la plasticidad sináptica.En otras palabras, la señalización iniciada dentro de la columna vertebral sale de la columna vertebral y activa un receptor en la superficie externa de la columna vertebral, lo que evoca señales adicionales dentro de la columna vertebral. Este hallazgo de un proceso de señalización autocrina dentro de las espinas dendríticas sorprendió a los científicos.
¿Cuáles son las consecuencias de la señalización autocrina dentro de la columna vertebral?
La segunda publicación Hedrick y Harward et al. Informa que la señalización autocrina conduce a la activación de un conjunto adicional de moléculas de señalización llamadas proteínas GTPasa pequeñas. Los resultados revelan un modelo de plasticidad estructural de tres moléculas, que implica la localización localizada,La activación coincidente de tres proteínas GTPasa Rac1, Cdc42 y RhoA, como una característica causal de la plasticidad estructural.Se sabe que estas proteínas regulan la forma de las espinas dendríticas, sin embargo, la forma en que trabajan juntas para controlar la estructura de la columna no ha quedado clara.monitoreó los patrones de activación espacio-temporal de estas moléculas en espinas dendríticas individuales durante la plasticidad sináptica y descubrió que las tres proteínas se activan simultáneamente, pero sus patrones de activación diferían significativamente. Una de las diferencias es que RhoA y Rac1, cuando se activan, se extienden más allá de la columna estimuladaa la dendrita circundante, lo que facilita la plasticidad de las espinas circundantes. Otra diferenciaLa diferencia es que la actividad de Cdc42 estaba restringida a la columna estimulada, lo que parece ser necesario para producir plasticidad específica de la columna.Además, la señalización autocrina de BDNF es necesaria para la activación de Cdc42 y Rac1, pero no para RhoA.
Información sin precedentes sobre la regulación de la plasticidad sináptica
Estos dos estudios proporcionan información sin precedentes sobre la regulación de la plasticidad sináptica. Un estudio reveló por primera vez un sistema de señalización autocrina y el segundo estudio presentó una forma única de cálculo bioquímico en dendritas que implican la complementación controlada de tres moléculas. Según el Dr.Yasuda, comprender los mecanismos moleculares que son responsables de la regulación de la fuerza sináptica es fundamental para comprender cómo funcionan los circuitos neuronales, cómo se forman y cómo están formados por la experiencia. El Dr. McNamara señaló que el trastorno de estos sistemas de señalización probablemente subyace a la disfunciónde sinapsis que causan epilepsia y una diversidad de otras enfermedades del cerebro. Debido a que cientos de especies de proteínas están involucradas en la transducción de señales que regulan la plasticidad sináptica, es esencial investigar la dinámica de más proteínas para comprender mejor los mecanismos de señalización en las dendríticas.espinas
Se espera que la investigación futura en los Laboratorios Yasuda y McNamara conduzca a avances significativos en la comprensión de la señalización intracelular en las neuronas y proporcione información clave sobre los mecanismos subyacentes a la plasticidad sináptica y la formación de memoria y enfermedades cerebrales. Estas ideas con suerte conducirán a ladesarrollo de medicamentos que podrían mejorar la memoria y prevenir o tratar de manera más efectiva la epilepsia y otros trastornos cerebrales.
La investigación fue apoyada por los Institutos Nacionales de Salud F31NS078847, R01NS068410, DP1NS096787, R01NS05621, R01MH080047, R01DA08259, R01HL098351, P01HL096571, y RO1NS030687 el Programa Wakeman Fellowship, y el Instituto de Ciencias Humanas Wakeman.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto Max Planck de Florida para la Neurociencia . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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