En las últimas décadas, los científicos han aprendido mucho sobre cómo las diferentes neuronas se conectan y envían señales entre sí. Pero ha sido difícil rastrear la actividad de las fibras nerviosas individuales conocidas como axones, algunas de las cuales pueden extenderse desde la punta deldedo del pie a la cabeza. Comprender estas conexiones es importante para descubrir cómo el cerebro recibe y responde a las señales de otras partes del cuerpo.
Investigadores del Instituto Salk y de la Universidad de California en San Diego informan sobre una nueva técnica para rastrear estas conexiones y determinar cómo se comunican las neuronas. El equipo utilizó esta técnica para descubrir detalles sobre cómo el cerebro responde a las señales luminosas recibidas por la retina en ratones, publicado15 de octubre de 2019, en Informes de celda .
"Este estudio es un gran avance porque nadie podía descubrir cómo estudiar estas conexiones antes", dice el profesor Salk Satchidananda Panda, co-autor corresponsal del artículo. "Esta nueva técnica nos ha permitido ir mucho más allá de las limitaciones demicroscopio de electrones."
El nuevo método utiliza varias técnicas de laboratorio diferentes para comprender un tipo de neurona llamada células ganglionares de la retina intrínsecamente fotosensibles ipRGC. Estas células, que se encuentran en la retina, en la parte posterior del ojo, expresan una proteína llamada melanopsinaque siente la luz azul
Los equipos de Salk y UCSD utilizaron un virus para administrar una proteína llamada proteína mini-singlete generadora de oxígeno mini-SOG a los ipRGC, de modo que las células pudieran verse con más detalle bajo la microscopía electoral. El sistema fue diseñadopara atar el mini-SOG a las membranas de las células sensibles a la luz para que toda la neurona, incluidos sus axones largos que se extienden a diferentes partes del cerebro, se pueda rastrear fácilmente tanto con luz como con microscopio electrónico.
"Gracias al desarrollo y la aplicación de nuevas sondas introducidas genéticamente para imágenes microscópicas de luz y electrones multiescala correlacionadas, nuestros equipos de investigación basados en Salk y UCSD pudieron seguir los pequeños procesos que emanan de las células nerviosas a lo largo de centímetros, desde la retinaa múltiples lugares donde se conectan a regiones cerebrales críticas para los ritmos circadianos, los reflejos oculares y la visión ", dice Mark Ellisman, distinguido profesor de neurociencias en la Universidad de California en San Diego y profesor adjunto en Salk, quien codirigió el trabajo".obtener información tridimensional sin precedentes sobre la maquinaria requerida para estas células neuronales para señalar las próximas neuronas en los circuitos complejos ".
La mayor parte del trabajo anterior con mini-SOG se ha realizado en líneas celulares, y su uso en ratones, para mapear cómo las neuronas de la retina conectan el cerebro, fue la primera, según los investigadores. El método les permitió obtener nuevasinformación sobre las conexiones entre ipRGCs y diferentes partes del cerebro.
Se sabe que los ipRGC se conectan a muchas regiones del cerebro que regulan tareas muy diferentes. Las células le dicen a una parte del cerebro qué tan brillante está afuera para que nuestra pupila pueda cerrarse rápidamente, en menos de un segundo. Los mismos ipRGC tambiénse conecta al reloj maestro en el cerebro que regula nuestro ciclo de sueño-vigilia ". Sin embargo, se necesitan varios minutos de luz brillante para que estemos completamente despiertos", dice Panda. "Cómo los mismos ipRGC realizan estas tareas tan diferentes con escalas de tiempo diferentesno estaba claro hasta ahora "
Los investigadores descubrieron que la diferencia tiene que ver con la forma en que la luz detectada por la retina llega al cerebro. Al entregar el mini-SOG a los ojos de los ratones, pudieron rastrear la señal a la parte del cerebroque constriñe a la pupila en respuesta a la luz.
"Estas conexiones eran mucho más fuertes, similar al agua que salía de una manguera de jardín", dice Panda. "Mientras que la conexión entre los ipRGC y los relojes maestros eran más débiles, más bien como el riego por goteo".señal de luz al centro circadiano a través de este sistema de goteo más lento, toma más tiempo para que cualquier información significativa llegue y restablezca el reloj cerebral.
"Esta investigación ayuda a explicar por qué, cuando te levantas por la noche para tomar un trago de agua y enciendes la luz durante unos segundos, generalmente puedes volver a dormirte", dice Panda. "Perosi escuchas un ruido afuera y terminas caminando alrededor de tu casa durante media hora con las luces encendidas, es mucho más difícil. Habrá suficiente señal luminosa que llegará a las neuronas del reloj maestro en el cerebro que finalmente despertará al resto del cerebro."
Panda dice que la nueva técnica será útil para estudiar otras conexiones neuronales, ya que los investigadores pueden usar esencialmente los mismos virus para expresar mini-SOG en cualquier neurona y preguntar cómo diferentes neuronas hacen conexiones a diferentes apéndices.
"Estos hallazgos y métodos abren nuevas oportunidades para los investigadores del cerebro que estudian el cableado a larga distancia de los cerebros en modelos normales y animales de enfermedades humanas", agrega Ellisman.
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Materiales proporcionado por Instituto Salk . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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