Si bien la arquitectura neuronal responsable de la transmisión de impulsos eléctricos se conoce desde hace más de un siglo, la biología básica detrás de cómo una neurona adquiere su único axón, un componente fundamental de cómo se comunican las neuronas, sigue siendo un misterio.
En un nuevo artículo, un investigador de la Universidad de California, Riverside, y sus colegas describen los interruptores genéticos que encienden la formación de axones. Su trabajo se centra en dos componentes moleculares: la proteína de unión al tracto de polipirimidina 2 PTBP2 y el gen de la shootinaSHTN1.
"Las neuronas son tan distintas de otras células en el cuerpo", dijo Sika Zheng, profesora asistente de ciencias biomédicas en la Facultad de Medicina de la Universidad de California, Riverside. "Son las únicas células que pueden desarrollar una protuberancia elaxón que puede llegar a ser cientos y miles de veces más largo que el propio cuerpo celular "
Las neuronas transfieren información a través de impulsos eléctricos. Estos impulsos viajan por el axón largo y filiforme que se extiende desde el cuerpo central de la neurona. Al final del axón, el impulso atraviesa una brecha hacia la dendrita similar a un dedo de la neurona vecina. Esta chispade una sinapsis transmite información de una célula neuronal a la siguiente. El complejo circuito neuronal permite cada acción, emoción y pensamiento que experimentas todos los días.
"Como campo, generalmente estudiamos un gen para comprender un fenómeno, pero un gen no puede describir todo lo que está sucediendo para generar un axón", dijo Zheng. "En lugar de centrarnos en un gen, estamos pensando globalmente en explorarel proceso que genera el espectacular conjunto de tareas para crear el axón ".
Estudios anteriores han identificado más de 150 genes que juegan algunos papeles en la función del axón. Zheng y su equipo se sorprendieron al encontrar que los niveles de expresión generales de estos genes se mantienen relativamente planos a medida que el axón crece. Si estos genes no cambian su abundancia,¿Cómo entonces dictan las neuronas para producir axones?
Estos genes cambian su "carácter" a través de un proceso regulador genético llamado splicing alternativo. El splicing alternativo permite que un solo gen produzca múltiples isoformas de proteínas similares con diferentes funciones o identidades. Según Zheng, es como si estos genes se transformaran enasumir una nueva tarea, en este caso generar un axón.
PTBP2, una proteína de unión a ARN especializada, estaba a punto de ocupar un lugar central en el estudio. Zheng y su equipo descubrieron que PTBP2 aumentaba las células neuronales inmaduras. Esta proteína orquesta la coreografía precisa detrás de esos eventos de empalme al actuar como una centralita que controla cada pasodel proceso que produce el único axón esencial.
En la etapa temprana de la formación del axón, PTBP2 activa la isoforma larga del gen SHTN1, que promueve el crecimiento del axón. A medida que la neurona madura, PTBP2 se regula gradualmente y el gen SHTN1 cambia de la isoforma larga a la cortaisoforma: el crecimiento del axón se detiene cuando la neurona y su axón se conectan al circuito neural.
"PTBP2 y SHTN1 nos dan un punto de entrada para comprender cómo ocurren los cambios de empalme para promover el crecimiento del axón", dijo Zheng. "Podemos usar esta información para descubrir lo que está sucediendo a nivel celular, y solo estamos en la puntadel iceberg "
Si bien este estudio se centró en PTBP2 y el gen SHTN1, Zheng señala que otras proteínas o genes y sus isoformas también podrían desempeñar un papel en la formación de axones. Este estudio también se realizó utilizando células neurales de ratón. Zheng y su equipo no saben silos mismos mecanismos estarán activos en las células neurales humanas. Si bien el estudio ofrece una nueva perspectiva a esta pregunta fundamental, Zheng advierte que pueden pasar años antes de que estos hallazgos puedan traducirse en futuras terapias.
"Las enfermedades neurodegenerativas a menudo se manifiestan a través de la degeneración del axón", dijo Zheng. "Necesitamos pensar en el proceso de empalme para comprender la degeneración y regeneración del axón para futuras terapias, pero hay mucho más trabajo por hacer".
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Materiales proporcionado por Universidad de California - Riverside . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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