Bonsái biomolecular: control de la poda y fortalecimiento de las ramas neuronales

Bonsái biomolecular: control de la poda y fortalecimiento de las ramas neuronales

En este mismo momento, los miles de millones de neuronas en su cerebro están usando sus billones de conexiones para permitirle leer y comprender esta oración.

Ahora, al estudiar las neuronas involucradas en el sentido del olfato, los investigadores de la Facultad de Ciencias Médicas de la Universidad de Kyushu informan sobre un nuevo mecanismo detrás del bonsái biomolecular que fortalece selectivamente estas conexiones.

Cómo los circuitos neuronales se remodelan a sí mismos con el tiempo, especialmente durante el desarrollo temprano, es una cuestión abierta en neurobiología. Al comienzo del desarrollo neuronal, las neuronas forman cantidades excesivas de conexiones que se eliminan gradualmente a medida que otras se fortalecen.

Al estudiar un tipo de neurona olfativa conocida como célula mitral en ratones, el equipo de investigación descubrió que la proteína BMPR-2 es uno de los reguladores clave de la estabilización selectiva de la ramificación neuronal y que el fortalecimiento solo ocurre cuando la rama recibe señales de otras neuronas. .

"Una de las principales razones por las que usamos neuronas olfativas es porque son de fácil acceso y estudio, y las células mitrales desarrollan una sola rama", explica Shuhei Aihara, primer autor del estudio publicado en Cell Reports.

“Cuando una neurona olfativa detecta una molécula específica que olemos, envía la señal a una 'estación de paso' específica en el bulbo olfatorio del cerebro llamado glomérulo. Luego, esa señal se transmite al cerebro a través de las células mitrales. Una célula mitral recibe señales de un olor específico ".

En una etapa muy temprana del desarrollo, estas células mitrales envían ramas a muchos glomérulos. A medida que pasa el tiempo, estas ramas, conocidas como dendritas, se podan para dejar solo una conexión única y fuerte. El equipo de investigación se propuso descubrir qué tipo de señales moleculares provocaban que una rama fuera favorecida sobre otras.

Bonsái biomolecular: control de la poda y fortalecimiento de las ramas neuronales

Después de analizar los factores candidatos que se sabe que controlan el crecimiento dendrítico y la remodelación a partir de señales extrínsecas, el equipo se centró en la proteína BMPR-2.

"Cuando interrumpimos BMPR-2, las células mitrales fallarían en la estabilización selectiva y formarían múltiples conexiones con múltiples glomérulos", explica Aihara. "En nuestro siguiente paso, encontramos que BMPR-2 está unido a una proteína llamada LIMK, y solo cuando BMPR-2 es activada por la proteína de señalización celular llamada BMP libera LIMK en la célula".

Se sabe que LIMK activa el proceso para ensamblar actina, el 'esqueleto' de la célula. Una vez activada, la actina comienza a formar fibras largas que estabilizan las dendritas.

Sin embargo, esto todavía no explica cómo este mecanismo fortalece dendritas específicas. El siguiente paso del equipo fue encontrar los elementos que activan LIMK. Su investigación los llevó a identificar un neurotransmisor conocido, el ácido glutámico, como uno de los factores que da inicio al proceso.

“El ácido glutámico es necesario para que las señales se transmitan entre neuronas. En conjunto, esto significa que tanto las BMP como las señales neurales son necesarias para formar actina, induciendo así la construcción de una dendrita estable ”, afirma Aihara.

“Es como el freno y el acelerador de tu coche. Debe soltar el freno, en este caso BMPR-2 soltando LIMK, y luego presionar el acelerador, la señal del neurotransmisor, para que su maquinaria avance. La necesidad de control simultáneo, o entradas, es la base de la estabilización selectiva de las ramas ".

Takeshi Imai, quien dirigió el equipo, concluye: "Con suerte, estos nuevos conocimientos sobre el desarrollo neuronal pueden conducir a una mayor comprensión de los mecanismos fundamentales detrás de las funciones cerebrales críticas y los posibles tratamientos en patologías subrayadas por la disfunción sináptica".

“Nuestro próximo paso es encontrar los factores que promueven la poda dendrítica, y también queremos ver si este mecanismo en el bulbo olfatorio es fundamental en toda la neocorteza”.

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