Un nuevo estudio realizado por neurocientíficos del MIT sobre cómo subtipos neuronales aparentemente similares impulsan la locomoción en la mosca de la fruta reveló una diversidad inesperada a medida que los comandos del cerebro se transmitían a las fibras musculares. Una secuencia de experimentos reveló una diferencia dramática entre las dos células nerviosas: unaneurona se revolvió para adaptarse a los diferentes cambios de la otra, pero no recibió ninguna compensación en respuesta cuando las circunstancias se invirtieron.
Los hallazgos publicados en el Revista de neurociencia sugiera que estas subclases de neuronas, que también se encuentran abundantemente en las personas y muchos otros animales, exhiben una diversidad previamente no apreciada en su propensión a responder a los cambios, una propiedad clave conocida como "plasticidad sináptica". La plasticidad sináptica se considera un elemento esencialmecanismo de cómo el aprendizaje y la memoria ocurren en el cerebro, y las aberraciones en el proceso son probablemente fundamentales para trastornos como el autismo.
"Ver que estos dos tipos diferentes de neuronas motoras en realidad muestran tipos muy distintos de plasticidad, es emocionante porque significa que no es solo una cosa que está sucediendo", dijo el autor principal Troy Littleton, miembro del Instituto Picower para el Aprendizaje y la Memoriay Profesor Menicon de Neurociencia en los Departamentos de Biología y Ciencias del Cerebro y Cognitivas del MIT. "Hay varios tipos de cosas que se pueden alterar para cambiar la conectividad dentro del sistema neuromuscular".
neuronas tónicas y fásicas
Ambas neuronas funcionan de la misma manera, emitiendo el neurotransmisor glutamato en sus conexiones, o sinapsis, con los músculos. Pero estas dos neuronas lo hacen con estilos diferentes. La neurona "tónica", que se conecta solo a unamúsculo, emite su glutamato a un ritmo constante pero bajo mientras el músculo está activo. Mientras tanto, la neurona "fásica" se conecta a un grupo completo de músculos y salta con un fuerte pulso rápido de actividad para hacer que los músculos entren en acción.
Al comenzar el estudio, Littleton y la autora principal Nicole Aponte-Santiago tenían curiosidad por explorar si estas diferentes neuronas compiten o cooperan para impulsar las fibras musculares, y si exhiben una plasticidad diferente cuando se alteran sus funciones. Para comenzar con lo que finalmente se convirtiósu tesis de investigación, Aponte-Santiago desarrolló los medios para adaptar las alteraciones genéticas específicamente en cada una de las dos neuronas.
"La razón por la que pudimos responder estas preguntas en primer lugar fue porque producimos herramientas para comenzar a manipular diferencialmente una neurona frente a la otra, o etiquetar una frente a la otra", dijo Aponte-Santiago, quien obtuvo su doctoradoen el laboratorio de Littleton a principios de esta primavera y ahora es un postdoctorado en la Universidad de California en San Francisco.
Con el acceso genético a cada neurona, Aponte-Santiago las etiquetó de manera distinta para ver cómo crecían las larvas de mosca a medida que se desarrollaban. Vio que la neurona tónica llegaba primero al músculo y que la fásica se conectaba al músculo más tarde. Tambiénobservaron que, a diferencia de los mamíferos, las neuronas no competían para controlar el músculo, sino que permanecían una al lado de la otra, contribuyendo cada una en su forma característica a la actividad eléctrica total necesaria para impulsar el movimiento.
Para estudiar la plasticidad de las neuronas, Aponte-Santiago empleó dos manipulaciones de cada neurona. O las eliminó por completo haciéndolas expresar una proteína letal llamada "reaper" o redujo sustancialmente su actividad de glutamato mediante la expresión de la toxina del tétanos.
Cuando eliminó la neurona fásica con reaper, la neurona tónica rápidamente intensificó su señalización, intentando compensar tanto como pudo. Pero en las moscas donde eliminó la neurona tónica, la neurona fásica no se movió en absoluto, continuando como si nada hubiera cambiado.
De manera similar, cuando Aponte-Santiago redujo la actividad de la neurona fásica con la toxina, la neurona tónica aumentó el número de botones y estructuras de la zona activa en sus sinapsis para responder a la pérdida de su pareja. Pero cuando redujo la actividad de laneurona tónica, la neurona fásica nuevamente no pareció responder.
En todos los experimentos, el músculo recibió menos impulso general de las neuronas que cuando todo era normal. Y mientras que la neurona fásica aparentemente no se molestó en compensar ninguna pérdida por parte de la neurona tónica, la neurona tónica empleódiferentes medios para compensar, ya sea aumentando su señalización o mejorando el número de sus conexiones en el músculo, dependiendo de cómo se redujo la neurona fásica.
"Fue bastante intrigante que Nicole descubriera que cuando la entrada fásica no estaba allí, había una forma única de plasticidad que mostraba la neurona tónica", dijo Littleton, "pero si la neurona fásica estaba allí y no funcionaba, la neurona tónica se comportó de una manera muy diferente ".
Otro aspecto intrigante del estudio es el papel del músculo en sí, que puede ser un intermediario activo de la plasticidad, dijo Littleton. Es posible que las neuronas no sientan cuándo se han eliminado o desactivado entre sí. En cambio, el músculo parece llamarpara esos cambios.
"Aunque un músculo tiene dos entradas distintas, puede controlarlas de manera única", dijo Littleton. "Cuando el músculo recibe glutamato, ¿sabe si proviene de la neurona tónica o fásica y lo hace?Parece que sí le importa, que realmente necesita el tónico más que el fásico. Cuando el fásico desaparece, cambia algo de la plasticidad, pero cuando el tónico desaparece, el fásico no puede hacer mucho al respecto ".
En un nuevo trabajo, el laboratorio ahora está analizando las diferencias en la expresión génica entre las dos neuronas para identificar qué proteínas son responsables de las propiedades únicas y la plasticidad de las neuronas tónicas y fásicas. Al definir los fundamentos genéticos de sus propiedades únicas,lab espera comenzar a manejar los fundamentos moleculares de la diversidad neuronal en el cerebro.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto Picower en MIT . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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