Cuando el cerebro forma recuerdos o aprende una nueva tarea, codifica la nueva información sintonizando conexiones entre neuronas. Los neurocientíficos del MIT han descubierto un mecanismo novedoso que contribuye al fortalecimiento de estas conexiones, también llamadas sinapsis.
En cada sinapsis, una neurona presináptica envía señales químicas a una o más células receptoras postsinápticas. En la mayoría de los estudios anteriores sobre cómo evolucionan estas conexiones, los científicos se han centrado en el papel de las neuronas postsinápticas. Sin embargo, el equipo del MIT ha descubierto quelas neuronas también influyen en la fuerza de la conexión.
"Este mecanismo que hemos descubierto en el lado presináptico se suma a un conjunto de herramientas que tenemos para comprender cómo pueden cambiar las sinapsis", dice Troy Littleton, profesor de los departamentos de Biología y Ciencias Cerebrales y Cognitivas del MIT, miembrodel Instituto Picower para el Aprendizaje y la Memoria del MIT, y el autor principal del estudio, que aparece en la edición del 18 de noviembre de neurona .
Aprender más sobre cómo las sinapsis cambian sus conexiones podría ayudar a los científicos a comprender mejor los trastornos del neurodesarrollo como el autismo, ya que muchas de las alteraciones genéticas relacionadas con el autismo se encuentran en genes que codifican proteínas sinápticas.
Richard Cho, científico investigador del Instituto Picower, es el autor principal del artículo.
recableado del cerebro
Una de las preguntas más importantes en el campo de la neurociencia es cómo se reconecta el cerebro en respuesta a las condiciones cambiantes del comportamiento, una capacidad conocida como plasticidad. Esto es particularmente importante durante el desarrollo temprano, pero continúa durante toda la vida a medida que el cerebro aprende y forma nuevasrecuerdos.
Durante los últimos 30 años, los científicos han descubierto que una entrada fuerte a una célula postsináptica hace que transmita más receptores de neurotransmisores a su superficie, amplificando la señal que recibe de la célula presináptica. Este fenómeno, conocido como potenciación a largo plazo LTP, ocurre después de una estimulación persistente de alta frecuencia de la sinapsis. La depresión a largo plazo LTD, un debilitamiento de la respuesta postsináptica causada por la estimulación de muy baja frecuencia, puede ocurrir cuando se eliminan estos receptores.
Los científicos se han centrado menos en el papel de la neurona presináptica en la plasticidad, en parte porque es más difícil de estudiar, dice Littleton.
Su laboratorio ha pasado varios años trabajando en el mecanismo de cómo las células presinápticas liberan neurotransmisores en respuesta a picos de actividad eléctrica conocidos como potenciales de acción. Cuando la neurona presináptica registra una afluencia de iones de calcio, que transporta el pico eléctrico del potencial de acción,las vesículas que almacenan neurotransmisores se fusionan con la membrana celular y derraman su contenido fuera de la célula, donde se unen a los receptores de la neurona postsináptica.
La neurona presináptica también libera neurotransmisores en ausencia de potenciales de acción, en un proceso llamado liberación espontánea. Anteriormente se pensaba que estos 'minis' representaban el ruido que ocurre en el cerebro. Sin embargo, Littleton y Cho encontraron que los minis podrían regularse paraimpulsa la plasticidad estructural sináptica.
Para investigar cómo se fortalecen las sinapsis, Littleton y Cho estudiaron un tipo de sinapsis conocida como uniones neuromusculares en las moscas de la fruta. Los investigadores estimularon las neuronas presinápticas con una serie rápida de potenciales de acción durante un corto período de tiempo. Como era de esperar, estosLas células liberaron neurotransmisores de forma sincrónica con los potenciales de acción. Sin embargo, para su sorpresa, los investigadores encontraron que los mini eventos se mejoraron mucho después de que terminó la estimulación eléctrica.
"Cada sinapsis en el cerebro libera estos mini eventos, pero la gente los ha ignorado en gran medida porque solo inducen una cantidad muy pequeña de actividad en la célula postsináptica", dice Littleton. "Cuando les dimos un fuerte pulso de actividad a estas neuronas, estos mini eventos, que normalmente son de muy baja frecuencia, aumentaron repentinamente y permanecieron elevados durante varios minutos antes de disminuir ".
crecimiento sináptico
El realce de minis parece provocar que la neurona postsináptica libere un factor de señalización, aún sin identificar, que vuelve a la célula presináptica y activa una enzima llamada PKA. Esta enzima interactúa con una proteína vesicular llamada complexina, que normalmente actúa como unfreno, sujetando las vesículas para evitar que se libere el neurotransmisor hasta que sea necesario. La estimulación por PKA modifica la complexina para que suelte su agarre sobre las vesículas del neurotransmisor, produciendo mini eventos.
Cuando estos pequeños paquetes de neurotransmisores se liberan a velocidades elevadas, ayudan a estimular el crecimiento de nuevas conexiones, conocidas como botones, entre las neuronas presinápticas y postsinápticas. Esto hace que la neurona postsináptica responda aún más a cualquier comunicación futura de la neurona presináptica.
"Por lo general, tiene 70 o más de estos botones por célula, pero si estimula la célula presináptica, puede desarrollar nuevos botones de manera muy aguda. Duplicará la cantidad de sinapsis que se forman", dice Littleton.
Los investigadores observaron este proceso durante todo el desarrollo larvario de las moscas, que dura de tres a cinco días. Sin embargo, Littleton y Cho demostraron que los cambios agudos en la función sináptica también podrían conducir a una plasticidad estructural sináptica durante el desarrollo.
"La maquinaria en la terminal presináptica puede modificarse de manera muy aguda para impulsar ciertas formas de plasticidad, lo que podría ser realmente importante no solo en el desarrollo, sino también en estados más maduros donde pueden ocurrir cambios sinápticos durante procesos conductuales como el aprendizaje ymemoria ", dice Cho.
El laboratorio de Littleton ahora está tratando de descubrir más detalles mecánicos de cómo la complexina controla la liberación de vesículas.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Massachusetts . Original escrito por Anne Trafton. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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