Las sinapsis se refieren a los puntos de contacto entre las neuronas donde la información se transmite de una neurona a la siguiente. Suelen ocurrir entre el axón de una neurona y las dendritas de otras neuronas. Hasta ahora nunca se habían observado sinapsis entre el axón de la neurona y el cilio primario.
Mediante el uso de microscopios de alta resolución y herramientas innovadoras, los científicos del Campus de Investigación Janelia del HHMI han mirado profundamente en la célula y los cilios para observar la sinapsis. Descubrieron un nuevo tipo de sinapsis en los diminutos pelos de la superficie de neuronas. Esta sinapsis particular representa una forma de cambiar lo que se transcribe o se hace en el núcleo, lo que cambia programas completos.
El líder sénior del grupo de Janelia, David Clapham, cuyo equipo dirigió la nueva investigación, dijo: “Los efectos en la célula no son solo a corto plazo, algunos pueden ser a largo plazo. Es como un muelle nuevo en un celular que da express acceso a la cromatina cambia, lo cual es muy importante porque la cromatina cambia muchos aspectos de la célula”.
El descubrimiento de este nuevo tipo de sinapsis podría ayudar a los científicos a comprender mejor cómo se comunican los cambios celulares a largo plazo. los cilios, que se extienden desde el interior de la célula, cerca del núcleo, hasta la superficie, pueden ofrecer un método más rápido y enfocado para que las células lleven a cabo estas alteraciones a largo plazo.
Los cilios, pequeños orgánulos similares a cabellos adheridos a la superficie celular, juegan un papel esencial en la división celular durante el desarrollo. Sin embargo, sigue siendo difícil de comprender por qué otras células de nuestro cuerpo, incluidas las neuronas, retuvieron esta protuberancia del tamaño de una bacteria, similar a un cabello, hasta la madurez.
Debido al hecho de que estos cilios eran difíciles de ver usando métodos de imágenes convencionales, los científicos generalmente los han pasado por alto. Sin embargo, los avances más recientes en la tecnología de imágenes han generado interés en estos diminutos apéndices.
Usando microscopía electrónica de barrido de haz de iones enfocados, o FIB-SEM, los científicos observan los cilios. Observaron una conexión, o sinapsis, entre la neurona axón y el cilio que sobresale fuera del cuerpo celular. El equipo se refiere a estas conexiones como sinapsis "axon-cilium" o "axo-ciliar" debido a sus similitudes estructurales con las de las sinapsis conocidas.
Posteriormente, los científicos desarrollaron nuevos biosensores y herramientas químicas para determinar la función de esta nueva sinapsis. Utilizaron imágenes de vida útil de fluorescencia (FLIM) para mejorar las mediciones de eventos bioquímicos dentro de los cilios.
Shu-Hsien Sheu, científico principal de Janelia y primer autor del nuevo estudio, dijo: “Aprendí FLIM durante la pandemia para abordar algunos de los desafíos técnicos. Resultó ser un cambio de juego”.
Usando estas herramientas, los científicos demostraron paso a paso cómo el neurotransmisor serotonina se libera del axón a los receptores de los cilios. Esto desencadena una cascada de señalización que abre la estructura de la cromatina y permite cambios en el material genómico en el núcleo de la célula.
Sheu dijo, “La función es lo que hace que las estructuras estáticas cobren vida. Una vez que confiamos en el hallazgo estructural, analizamos profundamente sus propiedades funcionales”.
Sheu dice, “La filosofía de investigación impulsada por la curiosidad del HHMI permitió el Discovery, lo que quizás no hubiera sido posible en un entorno de investigación tradicional. Este es un buen ejemplo de cómo podemos convertir las observaciones en descubrimientos”.
Los científicos señaló, “Debido a que las señales que pasan a través de la sinapsis ciliar permiten cambios en el material genómico en el núcleo, es probable que sean responsables de cambios a más largo plazo en las neuronas que las señales que pasan de los axones a dendritas. Estos cambios podrían durar desde horas hasta días o años, dependiendo de la cromatina que codifica las proteínas”.
Los científicos observaron principalmente receptores para la serotonina. Hay al menos siete a 10 otros receptores en los cilios para diferentes neurotransmisores que ahora deberán examinarse. Los cilios en otras células más allá del cerebro, como el hígado y el riñón, también merecen una mirada más cercana.
Una mejor comprensión del papel de estas sinapsis y receptores ciliares podría ayudar a los científicos a desarrollar medicamentos más selectivos. Los medicamentos que se dirigen a los transportadores de serotonina se usan para tratar la depresión, mientras que la serotonina también está relacionada con nuestro ciclo de sueño y vigilia.
Referencia de la revista:
- Shu-Hsien Sheu, Srigokul Upadhyayula, Vincent Dupuy, et al. Una sinapsis serotoninérgica entre el axón y el cilio impulsa la señalización nuclear para alterar la accesibilidad de la cromatina. Celular. DOI: 10.1016 / j.cell.2022.07.026
