Investigadores del RIKEN Brain Science Institute en Japón han descubierto cómo revertir el desarrollo axonal anormal característico de CFEOM3, una enfermedad congénita que afecta los músculos que controlan los movimientos oculares. Publicado en Comunicaciones de la naturaleza , el trabajo muestra cómo la creación de una mutación específica rescató el crecimiento axonal anormal en el cerebro del ratón en desarrollo.
Durante el desarrollo normal del sistema nervioso, los axones, el extremo de salida de las neuronas, deben crecer hacia ubicaciones específicas y hacer conexiones precisas con otras neuronas. En CFEOM3, el sistema nervioso que rige los movimientos oculares no se desarrolla adecuadamente debido a defectos enguía de axones que se asocian con mutaciones en la proteína β3-tubulina. Las cadenas de moléculas de tubulina forman microtúbulos que funcionan en el transporte y estructura intracelular, y la β3-tubulina es un tipo especial que es más abundante cuando los axones crecen en el sistema nervioso en desarrollo.
Algunas de las mutaciones de β3-tubulina en CFEOM3 se han relacionado con interacciones de microtúbulos con cinesinas, proteínas que usan energía para moverse de un extremo de un microtúbulo al otro.
"Nuestro objetivo original era comprender el mecanismo molecular subyacente a la interacción kinesina-tubulina en los mutantes patógenos", explica el autor principal Itsushi Minoura. "Sorprendentemente, los mutantes de kinesina que creamos efectivamente rescataron la motilidad de la kinesina y el crecimiento axonal, incluso en ratones vivos. "
El equipo comenzó a analizar el papel de una ubicación de aminoácidos específica en la β3-tubulina llamada R262, porque la mutación R262 es la mutación más común en pacientes con CFEOM3. Utilizando un sistema de expresión de células de insectos y baculovirus desarrollado recientemente, primeroencontraron que in vitro, esta mutación inhibe la capacidad de la kinesina, específicamente la kinesina KIF5B, para moverse a lo largo de los microtúbulos formados a partir de la β3-tubulina. De hecho, la kinesina ni siquiera se uniría a los microtúbulos mutantes.
El equipo razonó que si sabían qué parte de la kinesina interactuaba con el microtúbulo, entonces podrían buscar quinesinas con mutaciones en esa ubicación y tal vez encontrar una que pudiera moverse a lo largo de los microtúbulos mutantes R262. La estructura cristalina deEl complejo de kinesina-microtúbulos indicó que la β3-tubulina se une a la kinesina KIF5B en la ubicación D279. Después de varios experimentos, encontraron lo que estaban buscando: reemplazar D279 con otro aminoácido - hacer un mutante D279R - permitió que la kinesina se movieramicrotúbulos de β3-tubulina con la mutación R262.
A continuación, los investigadores probaron si podían usar el mutante de kinesina D279R para prevenir el crecimiento anormal de axones en neuronas de cultivos. Transfectaron la tubulina β3 mutante en neuronas embrionarias disociadas y, como era de esperar, vieron un crecimiento axonal significativamente reducido. Luego encontraron que las neuronas co-transfectado con ambos mutantes creció una longitud normal, y la anomalía se suprimió con éxito.
Después de repetir el experimento con un mutante de otra kinesina, D325R KIF2A, que se sabe que es importante para el sistema nervioso en desarrollo, los investigadores probaron su teoría en un experimento in vivo en el cerebro de un ratón en desarrollo. Para ello, la enfermedad-que causa la tubulina mutante y cada quinesina mutante que corrige la enfermedad se transfectaron juntas en embriones de ratón mediante electroporación en el útero, un proceso que utiliza pulsos eléctricos para abrir brevemente los poros en las membranas celulares de los embriones en el útero, lo que permite que pase el ADN inyectado. El equipo encontróque ambos mutantes de kinesina suprimieron el crecimiento axonal anormal en el cerebro en desarrollo causado por la mutación de microtúbulos R262.
Señala Minoura, "si bien el experimento de rescate no está disponible para humanos, comprender las funciones de los muchos tipos de tubulina en el desarrollo normal del cerebro de los mamíferos es un paso importante para comprender la patogenia de muchos trastornos del neurodesarrollo como la lisencefalia y la polimicroglia".
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Materiales proporcionados por RIKEN . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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