El aprendizaje y la memoria son aspectos cruciales de la vida cotidiana. Cuando aprendemos, nuestras neuronas usan señales químicas y moleculares para cambiar sus formas y fortalecer las conexiones entre las neuronas, un proceso conocido como plasticidad sináptica. En el laboratorio de Ryohei Yasuda en el Instituto Max Planck Florida paraNeurociencia MPFI, los científicos están trabajando para comprender cómo estas moléculas envían mensajes a través de la neurona. Para lograr esto, su equipo trabaja constantemente para desarrollar técnicas de imagen de alta resolución para visualizar la actividad y la ubicación de las moléculas involucradas en el proceso.Tang, Ph.D., investigadora postdoctoral en el laboratorio de Yasuda, desarrolló nuevos biosensores moleculares, que la ayudaron a visualizar la actividad de dos proteínas de señalización cruciales para la plasticidad sináptica, ERK y PKA. Estas proteínas envían mensajes a otras proteínas al agregar un grupo fosfatoa las proteínas objetivo. El equipo descubrió que estas proteínas, que ya eran conocidas por desempeñar un papel en la plasticidad sináptica, el aprendizaje y yomory, tienen propiedades sorprendentes en su actividad.El trabajo fue publicado en marzo de 2017 en neurona .
Las dendritas son extensiones delgadas que salen del cuerpo celular de una neurona y reciben mensajes de otras neuronas. Se ramifican para formar una estructura en forma de árbol, cada rama se extiende típicamente decenas de micrómetros. Están cubiertas por espinas: pequeñas protuberancias que recibenentradas de otras neuronas e inician señales moleculares dentro de la célula. Cuando una columna vertebral es fuertemente estimulada, crece y se fortalece para codificar recuerdos. Los científicos han utilizado previamente métodos farmacológicos tradicionales como la transferencia Western para determinar la actividad de ERK y PKA promediada en muchas células, pero no han podido visualizar las moléculas directamente en las espinas dendríticas debido a su pequeño tamaño.
Para diseñar sensores lo suficientemente sensibles como para visualizar estas moléculas, Tang creó una nueva molécula de colorante, sREAChet, una molécula oscura pero absorbente de luz modificada. Cuando unió sREAChet con proteína verde fluorescente GFP y un péptido objetivo de la proteína,descubrió que podía leer la actividad de la proteína con una sensibilidad 2-3 veces mayor en comparación con los sensores anteriores. Esto hizo que la sensibilidad fuera suficiente para la actividad de imagen en espinas dendríticas individuales ". Estos sensores serán útiles para investigadores en un amplio campo de célulasbiología ya que ERK y PKA están involucrados en una variedad de fenómenos en las células y su actividad anormal está relacionada con muchas enfermedades, incluyendo cáncer y enfermedades mentales ", explicó Yasuda.
Para demostrar la utilidad de los nuevos sensores, el equipo de Yasuda estimuló primero las espinas dendríticas individuales, luego utilizó un microscopio especial llamado microscopio de fluorescencia de 2 fotones de por vida para visualizar cómo se mueve la actividad de ERK y PKA desde una sola columna. Para su sorpresa, elEl equipo encontró que la actividad de las proteínas no se mantuvo dentro de la columna individual, sino que se extendió mucho más de 10 micrómetros, a lo largo de la dendrita, influyendo en las espinas cercanas. Se estima que la extensión es de varias decenas de micrómetros y se extiende potencialmente a lo largo de una rama de dendritas.El Laboratorio Yasuda había demostrado previamente que estimular solo unas pocas espinas podría conducir a la activación de ERK en el núcleo, pero no sabían cómo se logró esto. Este experimento mostró que después de que estas proteínas se activan en una columna vertebral, el mensaje se propaga fuertementeuna larga distancia y potencialmente alcanza el núcleo ". Descubrir que la activación de PKA y ERK en las espinas se está extendiendo por varias decenas de micrómetros es ciertamente undescubrimiento sorprendente para el campo ", dijo Tang.
El equipo ha visualizado un paso importante en el proceso, pero aún queda un largo camino por recorrer para comprender los fundamentos bioquímicos del aprendizaje y la memoria.
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Materiales proporcionado por Instituto Max Planck de Florida para la Neurociencia . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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