La plasticidad sináptica depende del transportador molecular KIF5C, un portador de más de 650 ARN, según un estudio – ScienceDaily

Para que se produzca la plasticidad, las sinapsis de nuestras neuronas, o puntos de conexión, también deben remodelar y adaptarse constantemente. Los mecanismos que subyacen a la plasticidad sináptica en las neuronas se han vuelto más claros, gracias a una nueva investigación del laboratorio de la neurocientífica de Scripps Research, Sathya Puthanveettil, PhD.

Los científicos han aprendido que la plasticidad sináptica requiere un complejo de retransmisión desde el cuerpo celular de la neurona hasta sus brazos dendríticos y uniones sinapsis. Como una red de puertos y carreteras de 24 horas, un sistema de transporte interno de carreteras de microtúbulos y mensajeros robóticos llevan la carga de vida de la célula a sus puntos más remotos. La carga transportada permite que los orgánulos ribosómicos se ensamblen, lean varias instrucciones de ARN y construyan nuevas proteínas según sea necesario en las dendritas.

En un estudio publicado el 13 de julio en Informes de celda, El equipo de Puthanveettil informa que entre las moléculas portadoras de la red de transporte se encuentran dos miembros de la familia Kinesin, KIF5C y KIF3A. Si se elimina KIF5C, el equipo descubrió que la capacidad de las neuronas para ramificar dendritas y formar espinas que reciben información se ve afectada. Una ganancia de función en el Kif5C mejora estos rasgos.

El primer autor del estudio, Supriya Swarnkar, PhD, investigador asociado en el laboratorio de Puthanveettil, dice que discernir los detalles de estos procesos apunta a posibles causas de trastornos neurológicos y ofrece nuevas direcciones para el tratamiento. Los kif juegan un papel importante, dice.

«La capacidad de formar recuerdos depende del funcionamiento adecuado del sistema de transporte de larga distancia de la neurona desde el cuerpo celular hasta la sinapsis», dice Swarnkar. «Y muchos estudios han informado vínculos entre mutaciones en Kif y trastornos neurológicos, incluida la discapacidad intelectual, el autismo y la ELA».

Estructuralmente, muchas de las proteínas de la familia Kinesin se asemejan a un robot andante, algo de ciencia ficción. Tienen una plataforma para transportar mercancías y dos apéndices en forma de patas que se mueven hacia adelante y hacia atrás, en un movimiento de marcha hacia adelante, a lo largo de los microtúbulos. De hecho, se les conoce como máquinas moleculares. Estos extraordinarios robots caminantes se mueven con su carga en la espalda, hasta que llegan a su destino de sinapsis y depositan sus paquetes.

Hay 46 tipos diferentes de estas máquinas moleculares, que se especializan en transportar diferentes tipos de carga, dice Puthanveettil. Los científicos están empezando a comprender qué Kif llevan qué carga.

El equipo de Puthanveettil anticipó que la carga de KIF5C podría incluir varios ARN. Primos del ADN, que codifican genes y residen en el núcleo, los ARN se transcriben a partir del ADN, llevan sus instrucciones genéticas al citoplasma de la célula, construyen proteínas codificadas por genes y ayudan a regular las actividades celulares. Cada ANN diferente tiene un trabajo diferente.

Al aislar los complejos KIF5C y su carga y luego secuenciar el ARN, documentaron aproximadamente 650 ARN diferentes que dependen del portador KIF5C.

Significativamente, esto incluyó un ARN que proporciona el código para comenzar a construir la proteína, llamado EIF3G. Si no ocurre cuando y donde se necesita, no se producen los compuestos necesarios para la plasticidad de la sinapsis. La capacidad de remodelar la sinapsis con la experiencia y aprender se ve afectada, dice Puthanveettil.

Para comprender mejor el papel de Kif en el almacenamiento y la recuperación de la memoria a largo plazo, el equipo realizó estudios de pérdida y ganancia de función tanto en células como en ratones, centrándose en las neuronas CA1 del hipocampo dorsal que están involucradas en múltiples formas. de aprendizaje.

Los estudios en ratones han demostrado que la pérdida de KIF5C disminuye la memoria espacial y asociada al miedo. Sin embargo, si se estimula KIF5C en el hipocampo dorsal, la memoria se mejora y se amplifica. Las células mostraron una transmisión sináptica mejorada, arborización de los brazos dendríticos, extensiones de neuronas en forma de brazos y erupción de espinas de hongos receptores de señales. La densidad de las espinas de los hongos se correlaciona con la memoria y la plasticidad sináptica.

En conjunto, la investigación ofrece nuevas ideas para abordar una amplia variedad de trastornos neuropsiquiátricos. Discapacidad intelectual, depresión, epilepsia, enfermedad de Alzheimer: cualquier cosa que pueda beneficiarse de una mayor o menos expresión de proteínas clave en las dendritas neuronales podría responder a un aumento o disminución de estos portadores moleculares, dice Puthanveettil.