Entendiendo mejor la neurotransmisión
ScienceDaily (24 de agosto de 2011) - Un nuevo descubrimiento fundamental sobre cómo las células nerviosas en el cerebro y el pool de pequeños sacos llenos de productos químicos puede alterar radicalmente la manera como los científicos piensan sobre la neurotransmisión - la señal eléctrica en el cerebro que permite todo, desde la forma en que nos movemos, cómo recordamos y nuestro sentido del mundo.
Los datos de Hua y col. apoyan un modelo de reciclaje de las vesículas sinápticas propuesto por Edwars hace varios años. El modelo predice que diferentes pooles de vesículas sinápticas derivan de diferentes rutas endocíticas. Las vesículas del poool de reciclaje parecen por endocitosis dependiente de clatrina y la proteína AP2, mientras que las vesículas del pool de reposo provendrían de una ruta que involucra a la proteína AP3 (Credit: Graphic by S. Voglmaier and R. Edwards/UCSF)
Según los científicos de la Universidad de California, San Francisco (UCSF), quien condujo la investigación, el descubrimiento no cambia los actores involucrados sino que pone de manifiesto que las reglas del juego son muy diferentes a como se suponían. La mejor comprensión de estas reglas pueden ayudar a los investigadores a encontrar nuevas formas de abordar las enfermedades neurológicas como el Parkinson, que pueden ocurrir -en parte- cuando estos procesos normales del cerebro se alteran.
Los actores en cuestión son conocidas como vesículas - pequeños sacos llenos de los neurotransmisores, las sustancias químicas que las neuronas liberan para transmitir una señal a la siguiente neurona del circuito.
Los científicos han sabido de estas vesículas y el importante papel que desempeñan en la función cerebral durante décadas, pero el misterio se mantuvo porque parece que hay dos grupos diferentes de vesículas, sin entender lo que explica la diferencia. Todas las vesículas pequeñas en medio de una neurona son iguales, ni siquiera para un ojo entrenado mirando a través de un microscopio de gran alcance - la misma manera que un grupo de jugadores con el mismo color en un determinado campo de juego que parecen pertenecer al mismo equipo.
En la revista Neuron este mes el profesor Robert Edwards de UCSF y sus colegas presentan la primera evidencia de que, a pesar de su apariencia, las vesículas en los dos pooles tienen identidades y destinos diferentes, que se definen por las proteínas particulares en sus superficies.
"Se ven iguales, pero contienen diferentes proteínas", dijo Edwards.
Cómo se transmite la información en el cerebro
Las neuronas, que constituyen la materia blanca del cerebro y los nervios que recorren todo el cuerpo, son básicamente células especializadas con extensiones muy largas - a veces un metro o más de longitud.
Por estas fibras nerviosas, parecidas a espaguetis, viajan los impulsos eléctricos, que hacen que la neurona pueda liberar algunos de estos sacos de vesículas diminutas, derramando su contenido químico en la sinapsis, una brecha entre las terminaciones nerviosas y la siguiente neurona. Los productos químicos que luego se infiltran a la neurona adyacente, a veces provocan que la siguiente neurona se dispare.
Este juego básico de la neurotransmisión se juega miles de millones de veces a lo largo de los 10 mil millones de neuronas en el cerebro humano. Algunas neuronas son tan activas que disparan hasta 100 veces por segundo, lo que requiere mecanismos para mantener estas altas tasas.
Las vesículas desempeñan un papel crucial en este proceso, ya que permiten a las neuronas disparar cuando esté lista. Las neuronas utilizan las vesículas para empaquetar y transportar los neurotransmisores con antelación para que puedan liberarse tan pronto como un impulso eléctrico llegue. Dado que los sitios de liberación están muy lejos del centro de la célula, las vesículas deben reciclarse a nivel local debe mantener las altas tasas de liberación.
Durante años, los científicos han observado que a pesar de que todas las vesículas parecen ser idénticas, en realidad existen dos grupos diferentes. El grupo más pequeño, que se encuentra al extremo de la neurona, tiene las vesículas que liberan los neurotransmisores, cuando un impulso eléctrico llega. Después de la liberación, las vesículas son rápidamente recicladas para su uso continuado, y por esta razón los científicos han llamado a esto el grupo de vesículas de "reciclaje".
El segundo grupo de vesículas puede ser mucho mayor, y representa hasta un 80 por ciento de todas las vesículas en una sinapsis. Sorprendentemente, estas vesículas no responden a los impulsos eléctricos. En su lugar, se encuentran dormidas cuando la señal llega, y debido a esto, los científicos las han llamado vesículas de "reposo".
"No está claro lo que las hace responder o cuál es su función", dijo Edwards.
Debido a que las vesículas de los dos grupos (o "pooles") parecen ser idénticos bajo el microscopio, no se sabía si existía alguna diferencia entre ellas. En el pasado, los científicos manejaron muchas hipótesis de que la diferencia se debía simplemente a una cuestión de ubicación - las de reciclaje entran en juego cuando un impulso eléctrico llega simplemente por que se encuentren en el lugar adecuado para su liberación.
Pero algunos científicos se han preguntado si es la identidad de las vesículas la que determina su comportamiento o es al revés - que las de reciclaje se encuentran en el lugar correcto, porque son las que están destinadas a ser liberadas. Es algo así como preguntar si un jugador de fútbol es un portero, porque pasa a bloquear tiros cerca de la meta, o porque está designado para ser el portero.
El nuevo trabajo muestra que en esencia los porteros bloquean los tiros, porque son los porteros.
Las proteínas determinan el destino
En su artículo, Edwards y sus colegas muestran que las vesículas de los dos "pooles" diferentes contienen proteínas diferentes y que estas diferencias determinan cómo se comportan. Usando una técnica para el etiquetado de las proteínas con moléculas brillantes derivadas de las medusas, que fueron capaces de demostrar que una proteína llamada VAMP7 está presente en altos niveles en el pool de reposo y no en el pool de reciclaje, y éste último contiene más de otras proteínas de vesículas sinápticas.
Esto demuestra que el cuerpo produce y mantiene fondos diferentes de vesículas que contienen proteínas diferentes para distintos fines: la liberación o alguna otra función. Según Edwards, la observación tiene implicaciones de gran alcance para nuestra comprensión de cómo los neurotransmisores se empaquetan, transportan y son liberados por las neuronas.
"Lo que está sucediendo no es un proceso simple, monolítico", dijo.
La observación da una nueva visión de la función del cerebro en el más básico nivel microscópico. También puede ayudar a desentrañar algunos de los secretos de las enfermedades neurológicas, aspectos que pueden estar relacionados con cómo las vesículas se producen y liberan.
Según Edwards, las vesículas en reposo está involucradas en un proceso diferente y aún no bien entendido en el que las neuronas de forma espontánea liberan vesículas, que pueden ayudarles a adaptarse a los tipos de conexiones que hacen unos con otros, así como la fuerza de las conexiones. Este proceso puede jugar un papel en las enfermedades neurológicas, muchos de los cuales se caracterizan por los cambios en el tipo y la fuerza de la sinapsis.
Este trabajo fue apoyado por una beca de la Asociación Americana del Corazón y una subvención del Instituto Nacional de Salud Mental, uno de los Institutos Nacionales de Salud.
Story Source:
The above story is reprinted (with editorial adaptations by ScienceDaily staff) from materials provided by University of California - San Francisco.
Journal Reference:
- Zhaolin Hua, Sergio Leal-Ortiz, Sarah M. Foss, Clarissa L. Waites, Craig C. Garner, Susan M. Voglmaier, Robert H. Edwards. v-SNARE Composition Distinguishes Synaptic Vesicle Pools. Neuron, 2011; 71 (3): 474 DOI: 10.1016/j.neuron.2011.06.010
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