Función de una estructura misteriosa encontrada en neuronas

Ahora, el distinguido profesor de fisiología y biología de membranas de la Facultad de Medicina de UC Davis finalmente puede tener una respuesta. En un nuevo estudio publicado en PNAS, Trimmer y sus colegas revelan que estos grupos de proteínas son «puntos calientes» de señalización de calcio en la neurona que juegan un papel crucial en la activación de la transcripción de genes.

La transcripción permite «transcribir» porciones del ADN de la neurona en cadenas de ARN que luego se utilizan para crear las proteínas que necesita la célula.

Estructuras encontradas en muchos animales.

El laboratorio de Trimmer estudia los enigmáticos grupos en ratones, pero existen en invertebrados y todos los vertebrados, incluidos los humanos. Trimmer estima que puede haber entre 50 y 100 de estos grandes grupos en una sola neurona.

Él y sus colegas sabían que los grupos están formados por una proteína que hace que los iones de potasio atraviesen las membranas (un canal de potasio). También sabían que estos grupos contienen un tipo particular de canal de calcio. Los canales de calcio permiten que el calcio ingrese a las células, donde desencadena una variedad de respuestas fisiológicas según el tipo de célula.

«La presencia de estos grupos en neuronas está muy conservada», dijo Trimmer. Las características altamente conservadas se mantienen relativamente sin cambios a lo largo de los tiempos evolutivos, lo que sugiere que tienen una propiedad funcional importante en estos tipos de animales tan diferentes.

El hipocampo, una región del cerebro donde se encuentran grupos de neuronas, juega un papel importante en el aprendizaje y la memoria. Los investigadores sabían que la interrupción de estos grupos, por ejemplo, por mutaciones genéticas en el canal de potasio, da como resultado graves trastornos neurológicos. Pero no estaba claro por qué.

«Conocemos la función de otros tipos de grupos de canales iónicos, como los de las sinapsis, desde hace mucho tiempo. Sin embargo, no se conocía el papel que jugaban estas estructuras mucho más grandes del cuerpo celular en la fisiología neuronal», dijo Trimmer.

Experimento del canal de calcio inundado de «cebo»

El experimento que reveló la función de los grupos neuronales fue diseñado por Nicholas C. Vierra, investigador postdoctoral en el laboratorio de Trimmer y autor principal del estudio.

«Desarrollamos un enfoque que nos permitió desacoplar el canal de calcio de los grupos de canales de potasio en las neuronas. Un hallazgo clave fue que este tratamiento bloqueó la expresión génica activada por calcio. Esto sugiere que la asociación de canales de los canales de calcio y potasio en estos grupos es importante para la función neuronal «, dijo Vierra.

Para su experimento, los investigadores esencialmente «engañaron» a los canales de calcio en estos grupos al inundar las neuronas con fragmentos de canales de potasio señuelo. Cuando los canales de calcio se adhirieron a los cebos en lugar de a los canales de potasio reales, se cayeron de los racimos.

Como resultado, se ha desactivado el proceso conocido como acoplamiento de excitación-transcripción, que vincula los cambios en la actividad eléctrica neuronal con los cambios en la expresión génica.

«Hay muchos canales de calcio diferentes, pero el tipo particular de canal de calcio que se encuentra en estos grupos es necesario para convertir los cambios en la actividad eléctrica en cambios en la expresión génica», dijo Trimmer. «Descubrimos que si interfiere con las proteínas de señalización de calcio ubicadas en estos grupos inusuales, elimina de manera efectiva el acoplamiento excitación-transcripción, que es fundamental para el aprendizaje, la memoria y otras formas de plasticidad neuronal».

Trimmer y Vierra esperan que sus hallazgos abran nuevas vías de investigación.

«Mucha investigación se ha centrado en la señalización del calcio en las dendritas, los sitios donde las neuronas reciben señales de otras neuronas. La señalización del calcio en el cuerpo celular de las neuronas ha recibido menos atención», dijo Vierra. «Ahora entendemos mucho más sobre la importancia de la señalización en estos sitios específicos del cuerpo celular de la neurona».

«Estamos apenas comenzando a comprender la importancia de esta señalización, pero estos nuevos hallazgos podrían proporcionar información que podría dar forma a nuevas investigaciones sobre su papel en la función cerebral y posiblemente, eventualmente, en el desarrollo de nuevas clases de terapias», dijo Trimmer.

Los autores adicionales del estudio incluyen a Samantha C. O’Dwyer, Collin Matsumoto y L. Fernando Santana, Departamento de Biología y Fisiología de Membranas, Facultad de Medicina de UC Davis.

Esta investigación fue financiada por premios de los Institutos Nacionales de Salud.