Al igual que un termostato se usa para mantener una temperatura equilibrada en un hogar, los diferentes procesos biológicos mantienen el equilibrio de casi todo en nuestros cuerpos, desde la temperatura y el oxígeno hasta los niveles hormonales y de azúcar en la sangre. En nuestros cerebros, manteniendo el equilibrio -u homeostasis: entre la excitación y la inhibición dentro de los circuitos neuronales es importante a lo largo de nuestras vidas, y ahora, investigadores del Instituto de Ciencias del Cerebro RIKEN y la Universidad de Nagoya en Japón, y École Normale Supérieure en Francia han descubierto cómo se restauran las conexiones inhibitorias perturbadas. Informes de celda , el trabajo muestra cómo se estabilizan las sinapsis inhibitorias cuando el neurotransmisor glutamato desencadena el calcio almacenado para ser liberado del retículo endoplásmico en las neuronas.
"Los desequilibrios en la excitación e inhibición en el cerebro se han relacionado con varios trastornos", explica el autor principal Hiroko Bannai. "En particular, las formas de epilepsia e incluso el autismo parecen estar relacionadas con la disfunción en las conexiones inhibitorias".
Una de las moléculas clave que regula el equilibrio de excitación / inhibición en el cerebro es el neurotransmisor inhibitorio GABA. Cuando GABA se une a los receptores GABAA en el exterior de una neurona, evita que esa neurona envíe señales a otras neuronas. La fuerza de lala inhibición puede cambiar dependiendo de cómo se separan estos receptores en la membrana de la neurona.
Mientras que los receptores GABAA normalmente se agrupan, la activación neuronal continua de los receptores NMDA por el neurotransmisor glutamato, como ocurre naturalmente durante el aprendizaje y la memoria, o en la epilepsia, conduce a un exceso de calcio entrante, lo que finalmente hace que los receptores se conviertanmás extendido, reduciendo cuánto GABA puede inhibir la neurona.
Para combatir este efecto, los receptores se reagrupan continuamente de alguna manera, lo que mantiene el equilibrio excitador / inhibidor adecuado en el cerebro. Para comprender cómo se logra esto, el equipo se centró en otra vía de señalización que también comienza con glutamato, y esse sabe que es importante para el desarrollo del cerebro y el control del crecimiento neuronal.
En esta vía, el glutamato se une al receptor mGluR y conduce a la liberación de calcio desde el almacenamiento interno en el entorno interno de la neurona. Mediante el seguimiento cuántico de partículas de un solo punto, el equipo pudo demostrar que después de la liberación, este calcio interactúa con las proteínasquinasa C para promover la agrupación de receptores GABAA en la membrana postsináptica, el lugar en una neurona que recibe los neurotransmisores entrantes de las neuronas de conexión.
Estos hallazgos muestran que el glutamato activa distintos receptores y patrones de señalización de calcio para el control opuesto de las sinapsis inhibitorias de GABA.
Notas Bannai, "fue sorprendente que el mismo neurotransmisor que desencadena la dispersión del receptor GABAA de la sinapsis, también desempeña un papel completamente opuesto en la estabilización de los receptores GABAA, y que los procesos usan diferentes vías de señalización de calcio. Esto muestra cuán complejos son nuestros cuerpos, logrando múltiples funciones maximizando un número limitado de moléculas biológicas.
La preactivación de la vía de formación de conglomerados evitó por completo la dispersión de los receptores GABAA que normalmente resulta de una entrada excitadora masiva, como ocurre en el estado epiléptico, una condición en la que las convulsiones epilépticas se suceden sin recuperar la conciencia. Explica Bannai,"Un estudio adicional de los mecanismos moleculares que subyacen al proceso que hemos descubierto podría ayudar a desarrollar tratamientos o medicamentos preventivos para los desequilibrios patológicos de la inhibición de la excitación en el cerebro".
"El siguiente paso para comprender cómo se mantiene el equilibrio en el cerebro es investigar qué controles controla qué vía activa el glutamato. La mayoría de los tipos de células usan señales de calcio para lograr funciones biológicas. En un nivel más básico, creemos que decodificarlaslas señales nos ayudarán a comprender una pregunta biológica fundamental: ¿por qué y cómo están involucradas las señales de calcio en una variedad de fenómenos biológicos? "
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Materiales proporcionados por RIKEN . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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