Los investigadores del Centro Médico de la Universidad de Columbia CUMC han capturado las primeras instantáneas tridimensionales del receptor de glutamato del subtipo AMPA en acción. El receptor, que regula la mayoría de las señales eléctricas en el cerebro, participa en varias actividades cerebrales importantes, incluida la memoriaY aprendiendo.
Los hallazgos fueron publicados en Naturaleza .
"Con nuestros nuevos hallazgos, ahora podemos, por primera vez, visualizar cómo el neurotransmisor glutamato abre los canales iónicos del receptor de glutamato", dijo Alexander Sobolevsky, PhD, profesor asociado de bioquímica y biofísica molecular en Columbia y autor principal del artículo"Este es el proceso fundamental que afecta directamente el aprendizaje y la memoria, y encontrar sus determinantes estructurales ha sido el objetivo principal de la neurociencia molecular desde los años 90".
La mayoría de las señales en el cerebro son activadas por el glutamato, un neurotransmisor que activa proteínas en la superficie de las neuronas llamadas receptores de glutamato. Los receptores de glutamato subyacen a una variedad de funciones cognitivas altas, que incluyen el aprendizaje y la memoria. Los receptores AMPA son receptores de glutamato que se abren y cierranmuy rápidamente, en menos de un milisegundo, y están involucrados en procesos rápidos en el cerebro, como la rápida percepción y reacción de un organismo a su entorno circundante.
Anteriormente, el laboratorio de Sobolevsky descifró las estructuras del receptor AMPA solo y en complejo con otras proteínas que regulan la velocidad y la fuerza de las conexiones sinápticas. En el estudio actual, los investigadores capturaron el receptor AMPA en acción, ya que el glutamato activa el receptorpara permitir que los iones fluyan a través de su canal e iniciar la señalización en el cerebro. Esto proporciona las primeras ideas precisas sobre cómo los receptores median la función cerebral.
Para congelar el receptor AMPA en un estado activo, los investigadores lo fusionaron con stargazin, una proteína reguladora que hace que se abra el canal. Las imágenes que capturaron muestran que cuando las moléculas de señalización como el glutamato están presentes, la entrada al receptor AMPA, que consta de cuatro unidades, se abre como el iris de una cámara, o apertura, para revelar su poro. Para atravesar los iones, el receptor ensancha el diámetro de su canal, y un revestimiento especializado de poros del canal introduce los iones en la célula.
"Estos nuevos descubrimientos fundamentales tienen implicaciones para nuestra comprensión de la neurotransmisión por glutamato, el neurotransmisor principal de nuestro cerebro", dice Edward C. Twomey, candidato a doctorado en CUMC y primer autor del artículo. "Comprender estos procesos tendrá un impacto en futuros estudios sobre glutamato"señalización de receptores en enfermedades neurodegenerativas, así como diseño de fármacos "
Para estudiar el receptor, el equipo de Sobolevksy utilizó la microscopía crioelectrónica, una técnica que captura una serie de imágenes bidimensionales de una molécula y las combina en una imagen estructural tridimensional. El método fue iniciado por el coautor Joachim Frank, PhD, profesor de bioquímica y biofísica molecular y de ciencias biológicas en CUMC.
Los defectos en los receptores de glutamato, o los procesos que median, están implicados en trastornos neurodegenerativos como la enfermedad de Alzheimer, la enfermedad de Parkinson, la enfermedad de Huntington, la esclerosis múltiple y el glaucoma; trastornos psiquiátricos como la ansiedad, la depresión, la esquizofrenia y los trastornos por consumo de drogas; comoasí como en trastornos agudos como traumatismos cerebrales y accidentes cerebrovasculares. La nueva estructura de un receptor AMPA activo y la comprensión del mecanismo de activación crean una plataforma sólida para desarrollar terapias para tratar los trastornos neurológicos que están asociados con la disfunción del receptor de glutamato.
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Materiales proporcionado por Centro médico de la Universidad de Columbia . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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