Un equipo alemán-francés ha desarrollado un interruptor sensible a la luz que regula una proteína implicada en la neurobiología de la plasticidad sináptica. El agente promete arrojar nueva luz sobre la fenomenología del aprendizaje, la memoria y la neurodegeneración.
El aprendizaje es posible por el hecho de que las conexiones funcionales entre las células nerviosas del cerebro están sujetas a una remodelación constante. Como resultado de la modificación dependiente de la activación de estos enlaces 'plasticidad sináptica', los circuitos que se estimulan repetidamente "aprenden""para transmitir señales cada vez más eficientemente. Se cree que este proceso proporciona la base molecular para el aprendizaje y la memoria, permitiendo que la información codificada en dichas redes sea recuperada y explotada en situaciones novedosas. Los objetivos principales para la modificación son las proteínas receptoras especializadas en el nervio-membranas celulares que median la transmisión de señales eléctricas entre neuronas individuales. Un equipo de investigadores dirigido por Dirk Trauner, profesor de biología química y genética en LMU, en colaboración con colegas del Institut Pasteur en París, ahora ha sintetizado una luz dependienteinterruptor que les permite controlar la actividad de una clase particular de receptores que es crucial para la formación yd almacenamiento de recuerdos.El compuesto proporciona una nueva herramienta poderosa para los investigadores interesados en probar los mecanismos que subyacen a la memoria a corto y largo plazo.Los resultados aparecen en el diario en línea Comunicaciones de la naturaleza.
Las células nerviosas individuales generalmente usan mensajeros químicos para comunicarse entre sí. Estos llamados neurotransmisores son liberados por estructuras especializadas llamadas sinapsis al final de la fibra transmisora de señales el axón y se difunden a través de la hendidura sináptica: el estrechobrecha que separa las células nerviosas entre sí. La sustancia química se une a los receptores en la neurona "post-sináptica". La reacción de la célula post-sináptica depende de la naturaleza del neurotransmisor y el receptor correspondiente ". En este contexto, elEl llamado receptor NMDA es muy especial ", dice Laura Laprell, estudiante de doctorado en el grupo de Trauner y primer autor conjunto del nuevo estudio." Es el principal responsable del hecho de que tenemos la capacidad de formar recuerdos y la capacidad de aprender"
Regulación con precisión de milisegundos
Trauner y sus colegas han sintetizado un químico llamado azobenceno-triazol-glutamato ATG, que actúa como un neurotransmisor sensible a la luz en los receptores NMDA. Con la ayuda de esta herramienta, ahora es posible, por primera vez,activar - e inactivar - estos receptores con alta especificidad y precisión en el laboratorio.Además, en contraste con otros interruptores ópticos, ATG no se une permanentemente al receptor, sino que se difunde libremente en la hendidura sináptica entre pre y post sinápticaneuronas ". El ATG está completamente inactivo en la oscuridad", explica Laprell, "y debe exponerse a la luz antes de que pueda unirse al receptor e iniciar la despolarización de la célula postsináptica". En otras palabras, para activarse,las células nerviosas primero deben "ver la luz". La irradiación posterior con luz UV inactiva el ATG en cuestión de milisegundos, lo que permite un control extremadamente preciso de la activación del receptor en el dominio del tiempo.
Debido a que la luz se puede controlar con una precisión extraordinaria, tanto espacial como temporalmente, ofrece un medio muy versátil para regular los procesos biológicos. Sin embargo, la composición espectral de la luz debe tenerse en cuenta, ya que la luz también puede dañar los tejidos. Esto explicapor qué los fotointerruptores que son activados por rayos de luz menos energéticos con longitudes de onda más largas son de particular interés ". Y ATG cumple este requisito: no solo es completamente inactivo en la oscuridad, y por lo tanto no tiene efectos secundarios, también es excepcional en esopuede activarse con alta precisión mediante luz roja. Para este propósito, utilizamos la "activación de dos fotones", un método de vanguardia en el que la molécula se expone a dos cuantos de luz de baja energía en forma rápidasucesión ", explica Trauner." La luz roja también tiene la ventaja de que penetra más profundamente en el tejido vivo ".
Los investigadores esperan que su nueva capacidad para regular la activación de los receptores NMDA conduzca a nuevos conocimientos sobre los mecanismos subyacentes de la plasticidad sináptica y la formación de la memoria. Los receptores NMDA también pueden estar involucrados en la precipitación o exacerbación de enfermedades neurodegenerativas como el Alzheimer y el Parkinson"Una mejor comprensión de esta clase de receptores, junto con la capacidad de controlar su actividad, también es de gran interés en este contexto", señala Trauner. "Ahora estamos cooperando con otros grupos que quieren usar ATG específicamente paracomprender el papel de estos receptores en condiciones neurodegenerativas "
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Materiales proporcionado por Ludwig-Maximilians-Universitaet Muenchen LMU . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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