Las sinapsis, estructuras especializadas en neuronas, permiten que estas células nerviosas se comuniquen entre sí. En la sinapsis, una neurona emite mensajeros químicos llamados neurotransmisores, y una neurona opuesta los recibe usando pequeñas estructuras llamadas receptores.
Un tipo específico de receptor, el receptor AMPA, juega un papel crucial en los procesos de aprendizaje y memoria. Sin embargo, los científicos aún no entienden completamente cómo se forman y funcionan estos receptores AMPA.
Ahora, los investigadores de la Unidad de Cooperatividad de Membranas de la Universidad de Graduados del Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa OIST en Japón, en colaboración con investigadores de universidades de todo Japón, han descubierto que los receptores AMPA se forman y se desintegran continuamente, en una fracción de unsegundo, en lugar de existir como entidades estables. Los hallazgos de los científicos, publicados en Comunicaciones de la naturaleza , puede ayudar a aclarar las primeras etapas de la plasticidad sináptica: actividad neuronal que es clave para el aprendizaje y la memoria. La investigación también puede tener aplicaciones farmacológicas en el tratamiento de la epilepsia.
El cerebro cambiante
los receptores AMPA están compuestos de cuatro moléculas o subunidades, llamadas GluA1, 2, 3 y 4, que se unen para formar estructuras llamadas tetrámeros. Las diferentes combinaciones de las subunidades forman los tetrámeros; esto significa que hay 256 configuraciones posibles deReceptor AMPA.
Los científicos han creído durante mucho tiempo que estos tetrámeros se originan en el retículo endoplásmico, el "centro de fabricación" de la célula, antes de migrar a las sinapsis, todo mientras conservan estructuras estables durante horas o incluso días.
"Esta estabilidad del tetrámero podría ser problemática para las neuronas", dijo el profesor Akihiro Kusumi, coautor del estudio. "Las sinapsis necesitan tetrámeros del receptor AMPA con diferentes combinaciones de subunidades a medida que el cerebro aprende y sus circuitos neuronales cambian. Por lo tanto,, teníamos el presentimiento de que algo estaba terriblemente mal con la noción aceptada de cómo se forman, migran y funcionan los receptores de AMPA "
Observando los receptores AMPA en movimiento a resoluciones de una sola molécula
Siguiendo esta intuición, los investigadores colocaron etiquetas fluorescentes en cada molécula de subunidad individual de los receptores AMPA. Luego, rastrearon los movimientos de las moléculas en las células vivas con precisión nanométrica. Utilizaron un microscopio de fluorescencia de una sola molécula y un software para analizar elmovimiento de las moléculas individuales, un método que Kusumi y sus colegas fueron pioneros.
Al estudiar cómo las moléculas del receptor AMPA se empujaban alrededor de la membrana y se unían entre sí, los investigadores descubrieron que las subunidades del receptor AMPA existían como moléculas individuales, así como ensamblaban dos, tres y cuatro moléculas.
Se encontraron tetrámeros, pero se desmoronaron en aproximadamente 0.1 a 0.2 segundos. Luego, sin embargo, las moléculas separadas encontraron otras moléculas asociadas para formar nuevos conjuntos de dos, tres y cuatro moléculas nuevamente, repitiendo continuamente este proceso.
Además, los investigadores descubrieron que cuando las moléculas formaban tetrámeros, aunque brevemente, funcionaban como pequeños canales que se abrían durante menos de 0.1 segundos.
Dado que los tetrámeros funcionales se rompen continuamente para formar nuevos tetrámeros, se pueden formar fácilmente tetrámeros receptores de AMPA con diferentes composiciones de subunidades. Esto representa un mecanismo novedoso para la plasticidad sináptica.
Kusumi señaló que los hallazgos del equipo pueden tener aplicaciones médicas. Las personas con epilepsia tienen un exceso de glutamato, el neurotransmisor que se une a los receptores de AMPA en el cerebro. Estas personas a menudo son tratadas con anticonvulsivos que impiden que el glutamato se una a los tetrámeros del receptor de AMPA,pero estos tratamientos pueden ser demasiado abrumadores y, por lo tanto, ineficaces.
Kusumi cree que el desarrollo de fármacos que ralentizan la formación de tetrámeros con ciertas composiciones de subunidades en el cerebro podría mitigar los tipos problemáticos de plasticidad sináptica, disminuyendo así los síntomas de la epilepsia.
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Materiales proporcionado por Universidad de Posgrado del Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa OIST . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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