La forma en que se forman las conexiones de los extremos nerviosos conocidas como sinapsis se destaca en este estudio de las neuronas de Purkinje en el cerebelo del pez cebra knockout.
Las neuronas, o células nerviosas, en el cerebro se conectan por medio de uniones conocidas como sinapsis a través de las cuales transmiten señales. Un trabajo reciente de investigadores del Centro Nacional de Ciencias Biológicas de Bangalore ha arrojado luz sobre lo que estimula la formación de estas sinapsis.
Hay dos tipos de sinapsis: químicas y eléctricas. En las sinapsis químicas, hay un espacio de unos 20 nanómetros entre dos neuronas, y la forma en que se comunican es la siguiente: una neurona convierte la señal eléctrica en señales químicas y esta sustancia química se libera en el espacio sináptico y la neurona receptora vuelve a convertir la señal química. en una señal eléctrica.
En lo que respecta a la sinapsis eléctrica, no es así como funciona. En estas sinapsis, las dos neuronas tienen una conexión física y no es necesario que ocurra la conversión de electricidad a química, y se comunican directamente. Las sinapsis eléctricas son como un cable físico, la comunicación es más rápida pero también son menos numerosas.
Apretón de manos de neurona
Se demostró que las sinapsis eléctricas se forman antes que las sinapsis químicas, son como un plano en el que las neuronas hacen un apretón de manos. Esto da como resultado la creación de sinapsis químicas. La investigación sobre organismos como las sanguijuelas mostró que si eliminas las sinapsis eléctricas, las sinapsis químicas no se forman. Sin embargo, no se conocía el mecanismo de cómo sucede en organismos superiores como los vertebrados.
Investigadores del TIFR-Centro Nacional de Ciencias Biológicas, Bangalore, han elegido al pez cebra como organismo modelo para estudiar este proceso. El pez cebra es transparente y el desarrollo de las neuronas en las larvas de pez cebra se puede observar día a día inyectando un tinte o modificando el pez para que exprese proteínas fluorescentes.
neuronas de Purkinje
El grupo observó que la eliminación de una proteína particular conocida como gap junction delta 2b (gjd2b) en el cerebelo del pez cebra afectaba los niveles de una enzima CaMKII. Se observó que los niveles de CaMKII aumentaban en las neuronas de Purkinje en el cerebelo. Estas neuronas y el propio cerebelo controlan la coordinación de movimientos en el organismo. En los seres humanos, por ejemplo, el exceso de alcohol conduce al daño de estas células, lo que resulta en una falta de coordinación en el movimiento.
Como explica el Prof. Thirumalai, el cerebelo muestra una continuidad evolutiva en todos los vertebrados, al igual que las neuronas de Purkinje. Aunque los peces y los humanos se separaron de un ancestro común hace unos 500 millones de años, el cerebelo se ha conservado evolutivamente. Mientras que el pez cebra tiene entre 300 y 400 neuronas de Purkinje, los humanos tienen miles de ellas.
cenadores dendritas
“Normalmente, los niveles de CaMKII son bajos en las neuronas en desarrollo (inmaduras) y altos en las neuronas maduras, y el aumento del nivel en realidad congela el desarrollo de los cenadores de dendritas”, dice Vatsala Thirumalai de NCBS, quien dirigió el trabajo publicado en eLife. Los cenadores de dendritas son extremos ramificados de las neuronas, que reciben este nombre debido a su estructura en forma de árbol. “En ausencia de proteína de unión gap, los niveles de CaMKII aumentan prematuramente, evitando que se formen cenadores. Por lo tanto, las sinapsis químicas no se forman”.
El trabajo utiliza técnicas avanzadas como la microscopía de lapso de tiempo y la microscopía confocal que permitieron al grupo observar cómo crecen las células neuronales en el cerebro de los peces día tras día. Se usó microscopía electrónica para ver cortes del cerebro para contar el número de sinapsis presentes.
Para eliminar el pez mutante con la proteína gjd2b, el grupo utilizó la herramienta de edición del genoma TALEN (Nucleasa efectora similar a un activador de transcripción). “Es posible realizar una investigación tan emocionante utilizando las herramientas y técnicas más recientes y avanzadas en la India hoy en día. Espero que esta tendencia anime a más estudiantes a emprender una carrera en investigación”, dice el profesor Thirumalai.
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