Las neuronas se comunican entre sí en uniones llamadas sinapsis. Cuando los iones de calcio se mueven hacia “zonas activas”, que están pobladas de vesículas que contienen mensajes químicos, comienzan a “comunicarse”. Las vesículas se “fusionan” con las membranas externas de las neuronas presinápticas debido al calcio cargado eléctricamente, liberando su carga química de comunicación a la célula postsináptica.
Un nuevo estudio realizado por el Instituto Picower para el Aprendizaje y la Memoria en MIT revela cómo las neuronas configuran y sostienen esta infraestructura vital.
Los canales de calcio son una parte crucial del motor en el lado presináptico que transforma las señales eléctricas en transmisión sináptica química, ya que son el principal determinante de la entrada de calcio, que luego causa la fusión de vesículas. Sin embargo, no está claro cómo se acumulan en las zonas activas.
Este nuevo estudio ofrece pistas sobre cómo se acumulan las zonas activas y regulan la abundancia de canales de calcio.
Troy Littleton, autor principal del nuevo estudio y profesor Menicon de Neurociencia en los departamentos de Biología y Cerebro y Ciencias Cognitivas del MIT, dijo: “Se sabe que la modulación de la función de los canales de calcio presinápticos tiene efectos clínicos importantes. Es importante comprender la base de cómo se regulan estos canales”.
¿Son los canales de calcio esenciales para que se desarrollen las zonas activas?
Los científicos querían encontrar la respuesta a esta pregunta en las larvas. Cabe señalar que el gen del canal de calcio de las moscas (llamado “cacofonía” o Cac) es tan importante que no pueden vivir sin él.
En lugar de eliminar Cac en toda la mosca, los científicos emplearon una técnica para eliminar Cac en solo una población de neuronas. Al hacer esto, demostraron que las zonas activas se desarrollan regularmente incluso sin Cac.
También utilizaron otra técnica que prolonga artificialmente el estadio larvario de la mosca. Descubrieron que, dado más tiempo, la zona activa continuará construyendo su estructura con una proteína llamada BRP, pero la acumulación de Cac cesa después de los seis días normales.
También se encontró que los aumentos o disminuciones moderados en el suministro de Cac disponible en la neurona no afectaron la cantidad de Cac que terminaba en cada zona activa. Para su sorpresa, descubrieron que, aunque el número de Cac aumentaba con el tamaño de cada zona activa, apenas cambiaba si reducían significativamente el BRP en la zona activa. De hecho, la neurona parecía establecer un límite constante en la cantidad de Cac presente en cada zona activa.
La postdoctorada del MIT Karen Cunningham dijo: "Fue revelador que la neurona tenía reglas muy diferentes para las proteínas estructurales en la zona activa como BRP, que continuaban acumulándose con el tiempo, frente al canal de calcio que estaba estrictamente regulado y tenía su abundancia limitada".
Además del suministro de Cac o los cambios en BRP, otros factores también deben regular los niveles de Cac de manera tan estricta. Recurrieron a alpha2delta.
Manipulando genéticamente la expresión de su cantidad, los científicos descubrieron que los niveles de alfa2delta determinaban directamente la cantidad de Cac acumulada en las zonas activas. Experimentos adicionales también revelaron que el suministro general de Cac de la neurona monitorea la capacidad de alfa2delta para mantener los niveles de Cac.
Sugiere que en lugar de controlar la cantidad de Cac en las zonas activas estabilizándola, alpha2delta probablemente funcionó aguas arriba, durante el tráfico de Cac, para suministrar y reabastecer Cac a las zonas activas.
Utilizando dos técnicas diferentes, observaron este reabastecimiento. También generaron mediciones del mismo y su sincronización.
Cunningham eligió un momento después de unos días de desarrollo para tomar imágenes de las zonas activas y midió la abundancia de Cac para determinar el paisaje. Luego blanqueó esa fluorescencia de Cac para borrarla. Después de 24 horas, visualizó nuevamente la fluorescencia de Cac para resaltar solo el nuevo Cac que se entregó a las zonas activas durante esas 24 horas.
Observó que Cac se distribuyó en casi todas las zonas activas ese día. Aún así, el trabajo de ese día fue, de hecho, insignificante en comparación con la acumulación de días anteriores. También vio que las zonas activas más grandes acumulaban más Cac que las más pequeñas. Además, apenas hubo entregas nuevas de Cac en los modelos modificados de mosca alfa2delta.
La siguiente tarea fue determinar con qué ritmo se eliminan los canales Cac de las zonas activas. Para ello, los científicos utilizaron una técnica de tinción con una proteína fotoconvertible llamada Maple etiquetada con la proteína Cac. Esto les permitió cambiar el color con un destello de luz en el momento elegido.
Al hacerlo, se muestra cuánto Cac se acumuló en un tiempo específico (que se muestra en verde) y luego la luz parpadea para que el Cac se vuelva rojo. Después de cinco días, casi el 30 por ciento del Cac rojo había sido reemplazado por Cac verde nuevo. Este recambio de Cac se detuvo cuando los niveles de entrega de Cac se redujeron mediante la mutación de alfa2 delta o la reducción de la biosíntesis de Cac.
Cunningham dijo: "Eso significa que cada día se entrega una cantidad significativa de Cac en las zonas activas y que la rotación se debe a la nueva entrega de Cac".
Littleton dijo, "Ahora que las reglas de abundancia y reposición de los canales de calcio están claras, quiero saber en qué se diferencian cuando las neuronas experimentan plasticidad; por ejemplo, cuando la nueva información entrante requiere que las neuronas ajusten su comunicación para aumentar o disminuir la comunicación sináptica".
"También estoy ansioso por rastrear los canales de calcio individuales a medida que se producen en el cuerpo celular y luego descienden por el axón neural hasta las zonas activas, y él quiere determinar qué otros genes pueden afectar la abundancia de Cac".
Referencia de la revista:
- Karen L Cunningham, Chad W Sauvola, Sara Tavana, J Troy Littleton. Regulación de la abundancia del canal presináptico de Ca2+ en zonas activas a través de un equilibrio entre entrega y recambio. Neurociencia. DOI: 10.7554 / eLife.78648
