El cerebro humano está compuesto por circuitos complejos de neuronas, células que se especializan en transmitir información a través de señales electroquímicas. Al igual que los circuitos en una computadora, estos circuitos neuronales deben estar conectados de manera particular para funcionar correctamente. Pero con miles de millones de neuronas enun solo cerebro humano, ¿cómo hace una neurona para hacer las conexiones correctas con las células correctas?
Los biólogos han buscado durante mucho tiempo algún tipo de "etiquetas de identificación" celulares que etiquetan qué células deberían formar conexiones. Ahora, investigadores del laboratorio del profesor de biología de Caltech Kai Zinn han identificado moléculas que actúan como etiquetas de identificación en las neuronas de la mosca de la fruta Drosophila . Descubrieron que las proteínas de dos subfamilias moleculares diferentes, llamadas proteínas Dpr y DIP, se unen selectivamente. Esta unión puede hacer que las neuronas que expresan proteínas Dpr formen conexiones con las neuronas que expresan la proteína DIP correspondiente, desempeñando un papel importante en la direcciónEl desarrollo de los sistemas neuromuscular y visual en crecimiento Drosophila .
Un artículo que detalla los hallazgos se publica en la edición del 17 de diciembre de la revista Celda .
En 2013, una colaboración entre el grupo de biología estructural de Christopher García en Stanford y el grupo Zinn en Caltech mapeó las interacciones entre los 200 diferentes Drosophila proteínas de la superficie celular. Al separar las proteínas de la célula y observar sus interacciones en un tubo de ensayo, el grupo determinó qué proteínas se unen. El grupo desarrolló un modelo complejo de proteínas interactuantes que llamaron interactoma. Este trabajo mostró que un 21subfamilia de proteínas de "superfamilia de inmunoglobulinas", los Dprs, se unen selectivamente a una subfamilia de 9 miembros llamada DIP.
"Ciertos miembros de los Dprs y los DIP coinciden y se unen, como una cerradura y una llave, en un tubo de ensayo", dice Zinn. "Queríamos saber si se unirían in vivo, en el Drosophila cerebro, y si esa unión determinaría dónde se formaron las sinapsis "
Una sinapsis es una unión donde el axón con forma de alambre de una neurona se encuentra con las dendritas ramificadas de otra. La información, en forma de señales químicas llamadas neurotransmisores, se transmite entre las neuronas a través de estas sinapsis ". Queríamos saber si estas interactúanlas proteínas en la superficie de las células neuronales afectaron la forma en que las células interactúan ", dice Robert Carrillo, un investigador postdoctoral en el grupo Zinn y coautor del nuevo artículo." Mostramos que las células neuronales que expresaban proteínas coincidentes a menudo se formabansinapsis entre sí, y teorizamos que la interacción entre estas moléculas estaba impulsando la formación de sinapsis ".
Para probar esta teoría, el grupo Zinn utilizó el bien estudiado Drosophila sistema visual para determinar los efectos de estas proteínas en el desarrollo. Las neuronas del ojo de la mosca envían axones a estructuras en capas en la parte visual del cerebro, que se conoce como lóbulo óptico. Una de estas estructuras, la médula, está divididaen diez capas, y cada neurona del lóbulo óptico forma sinapsis dentro de un subconjunto específico de estas capas. Al eliminar ciertas proteínas DIP y Dpr en la pupa de mosca, los investigadores hicieron que los axones "sobrepasen" sus capas objetivo. Además, observaron defectos de desarrolloen el sistema neuromuscular de la mosca cuando se eliminan las mismas proteínas. Otro artículo en el mismo número de Celda , del grupo de Larry Zipursky en UCLA, también descubrió que la expresión de Dprs y DIP se correlaciona con los patrones de conectividad sináptica en el cerebro.
Este hallazgo ayuda a validar una teoría propuesta en la década de 1950 por el fallecido profesor de Caltech y Premio Nobel Roger Sperry. Experimentando principalmente con cerebros de peces y ranas, Sperry descubrió que podía manipular o cortar axones entre las neuronas, y las células aún se recuperarían.-forma las conexiones correctas.
"Sperry planteó la hipótesis de que las neuronas individuales deben llevar algún tipo de etiquetas de identificación, cuyo reconocimiento se utiliza para crear los circuitos sinápticos del cerebro", dice Kaushiki Menon, investigador postdoctoral senior en el grupo Zinn y coautor del artículopapel ". Nuestro grupo ha demostrado que el Drosophila las proteínas Dpr y DIP se ajustan a la definición de las etiquetas de identificación celular propuestas por Sperry ".
Es posible realizar tales modificaciones con los circuitos del cerebro porque las moscas, a diferencia de los humanos, tienen cerebros predominantemente "cableados". "En los mamíferos, el cerebro tiene un andamio inicial básico establecido por la genética, y luego con el tiempo hay unmuchos reordenamientos complicados dependientes de la experiencia. Esencialmente, el cerebro puede reconectarse a través de la experiencia ", dice Zinn." Los cerebros de las moscas no pueden hacer eso ".
Si bien sus hallazgos no se pueden generalizar de inmediato a los mamíferos, Zinn y su grupo esperan que puedan proporcionar un punto de partida para investigar la estructura del cerebro humano. "Esperamos que haya redes de proteínas que funcionen de manera similar en humanos, y estaspodría ser relevante para comprender cómo se ensambla el andamio del cerebro humano que existe al nacer a través de la genética ".
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Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de California . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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