Investigadores del Centro de Cognición y Socialidad, dentro del Instituto de Ciencias Básicas SII en Corea del Sur, han diseñado una herramienta biológica mejorada que controla los niveles de calcio Ca2 + en el cerebro a través de la luz azul. Publicado en Comunicaciones de la naturaleza , esta construcción optogenética, llamada monster-OptoSTIM1 o monSTIM1 para abreviar, provoca un cambio en el comportamiento de aprendizaje del miedo de los ratones sin la necesidad de implantes de fibra óptica en el cerebro.
El cerebro utiliza la señalización de Ca2 + para regular una variedad de funciones, incluida la memoria, la emoción y el movimiento. Varias evidencias muestran la correlación entre los niveles anormalmente regulados de Ca2 + en ciertas células cerebrales y enfermedades neurodegenerativas, pero los detalles siguen siendo oscuros.papel de la señalización de Ca2 +, el equipo del SII está estudiando moduladores específicos de Ca2 + que pueden activarse en diferentes partes del cerebro en un momento designado.
La optogenética utiliza la luz para controlar la señalización de Ca2 + en el cerebro del ratón. Dado que el cerebro está rodeado de pelo, piel y cráneo, lo que impide que la luz llegue a los tejidos profundos, la inserción de fibra óptica en el cerebro solía ser la norma en la optogenética. Sin embargo,Estos implantes pueden causar inflamación, cambios morfológicos de las neuronas y desconexión de los circuitos neuronales. En este estudio, el equipo de investigación mejoró su herramienta optogenética para que funcione con una fuente externa de luz azul, que brille desde el techo de la jaula del ratón, y sinla necesidad de implantes cerebrales
MonSTIM1 está hecho de una parte CRY2 que responde a la luz azul y otra parte STIM1 que activa los canales de calcio. En comparación con las técnicas optogenéticas desarrolladas previamente, los investigadores pudieron mejorar la sensibilidad a la luz de CRY2 aproximadamente 55 veces ytambién evite el aumento de los niveles basales de Ca2 +. La construcción monSTIM1 se inyectó en el cerebro del ratón a través de un virus y se demostró que activa las señales de Ca2 + en la corteza, así como en las regiones más profundas del hipocampo y el tálamo.
El equipo observó cambios de comportamiento en ratones con monSTIM1 expresados en neuronas excitadoras en la corteza cingulada anterior, una región del cerebro que tiene una función central en las emociones empáticas. Los ratones con monSTIM1 activado se congelaron de miedo al mirar a otros ratones, que experimentaron un levechoque eléctrico del pie. Veinticuatro horas después, los mismos ratones lo recordaron y mostraron nuevamente una respuesta de miedo mejorada, lo que indica que la señalización de Ca2 + contribuyó a las respuestas de miedo social a corto y largo plazo.
"MonSTIM1 se puede aplicar a una amplia gama de investigaciones sobre el calcio cerebral y la investigación de la ciencia cognitiva del cerebro, porque permite una fácil manipulación de las señales de calcio intracelular sin dañar el cerebro", dice Won Do Heo profesor de KAIST, autor principal de esta investigación.
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