Las neuronas, o células nerviosas, en el cerebro se comunican entre sí mediante la transmisión de señales eléctricas, o disparando potenciales de acción, a través de largos procesos llamados axones que envían señales y dendritas que reciben señales. La capacidad de disparar potenciales de acción, entre otras funciones de las neuronas maduras, tiene que adquirirse durante el desarrollo y la maduración neuronal. Sin embargo, los mecanismos moleculares que gobiernan este complejo proceso hasta ahora son poco conocidos.
Para despegar las complejas capas que rigen el desarrollo de las neuronas, un equipo de investigación dirigido por Chaolin Zhang, PhD, Profesor Asistente en Biología de Sistemas y Bioquímica y Biofísica Molecular y Hynek Wichterle, PhD, Profesor Asociado en Patología y Biología Celular,Neurociencia y Neurología, en el Centro de Biología y Enfermedad de Neuronas Motoras, Centro Médico de la Universidad de Columbia, se enfoca en un nivel de regulación molecular llamado empalme alternativo. El empalme alternativo es un proceso de generación de transcripciones múltiples y variantes de proteínas al unir diferentes combinaciones de segmentos de codificación.Este proceso es muy dinámico durante el desarrollo neural con cambios dramáticos de patrones de empalme en miles de genes, que producen un repertorio de productos proteicos necesarios en etapas específicas del desarrollo.
Un regulador clave del empalme alternativo es la familia de proteínas Rbfox, que están enriquecidas en neuronas y que anteriormente estaban relacionadas con trastornos del desarrollo neurológico, como el autismo, la esquizofrenia y la epilepsia.
En un nuevo estudio, publicado el 1 de febrero en neurona , Zhang, Wichterle y su equipo determinaron que la pérdida de genes Rbfox da como resultado un programa de empalme "similar al embrionario". Es importante destacar que observaron una interrupción significativa del ensamblaje del segmento inicial del axón AIS, una estructura subcelular en elparte proximal del axón importante para la agrupación de canales iónicos y, por lo tanto, para que las neuronas disparen potenciales de acción. Las neuronas sanas necesitan potenciales de acción para comunicarse con otras células. Con este fin, el equipo identificó que Rbfox controla el empalme de la Ankyrin-Ggen, que codifica la llamada "proteína del centro de interacción" en el AIS, y descubrió que el cambio de empalme en un segmento pequeño de este gen hace que no pueda realizar su función normal en la organización del AIS. En colaboración con el Dr. KeEn el laboratorio de Xu en UC Berkeley, el equipo determinó que esto se debe a la acumulación y distribución aberrante de Ankyrin-G en el AIS.
"Ya se sabe que Rbfox es importante para controlar el empalme de ARN, pero lo que no se entiende es su contribución a la maduración neuronal y qué fenotipos celulares específicos controla", dice el Dr. Zhang. "Hemos identificado un fenotipo importante quecontroles, lo que conduce a cómo se controla la excitabilidad neuronal. Las neuronas se comunican disparando potenciales de acción, y si este proceso se interrumpe, la neurona no puede hacer su trabajo correctamente ".
Los potenciales de acción, también conocidos como impulsos nerviosos, son mensajes eléctricos enviados desde nuestros cerebros a otros órganos y músculos; por ejemplo, los nervios en el cerebro transmiten potenciales de acción a través de redes neuronales para dirigir los músculos de los brazos para que se contraigan con el fin de llamar a la acciónnuestras manos para levantar o sostener un artículo, un foco principal de investigación en el Centro de Neuronas del Motor de Columbia, al que están afiliados los laboratorios Zhang y Wichterle. El Dr. Wichterle señala que "más allá de su papel en la asamblea de AIS, nuestro estudio identificó una serie deproteínas sinápticas, citoesqueléticas y de membrana que contienen exones alternativos regulados por Rbfox. Las proteínas de Rbfox se regulan dinámicamente en respuesta a la actividad y lesiones neuronales, lo que plantea la posibilidad interesante de que los factores de Rbfox desempeñen un papel más amplio en la regulación de la plasticidad neuronal y la reparación en el sistema nervioso adulto"
En los mamíferos, las proteínas Rbfox están hechas de tres genes separados que son redundantes entre sí. Debido a esta redundancia, el estudio de las proteínas Rbfox in vivo es extremadamente desafiante. Para sortear el desafío, el equipo confió en su experiencia complementaria en genomaingeniería, diferenciación de células madre en neuronas y análisis genómico de splicing alternativo. La colaboración arrojó la referencia final para los exones regulados por Rbfox y reveló su papel funcional crítico en el control de la maduración neuronal.
"Este estudio es un gran ejemplo de un esfuerzo altamente colaborativo que combina experiencia en sistemas de biología de ARN, células madre y biología neuronal, fisiología y técnicas de imagen de vanguardia. De hecho, el primer autor, Martin Jacko, está entrenado conjuntamenteen el laboratorio de Wichterle y en mi laboratorio, y creo que es imposible llegar al punto en el que estamos hoy sin una colaboración tan intensa ", dijo Zhang.
Los hallazgos de los investigadores contribuyen a la comprensión mecanicista de cómo se controla la maquinaria requerida para iniciar y propagar los potenciales de acción de las neuronas a nivel de empalme alternativo, una pieza muy pequeña del rompecabezas de la maduración neuronal, pero que tiene un significado significativoEl estudio, titulado "Los factores de empalme de Rbfox promueven la maduración neuronal y el ensamblaje del segmento inicial del axón", se publicó el 1 de febrero, antes de la impresión neurona .
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Centro médico de la Universidad de Columbia . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cite esta página :