Agradezca a los pequeños "músculos" en sus neuronas por permitirle recordar dónde vive, cómo son sus amigos y familiares y mucho más.
Una nueva investigación en la Universidad de Rice sugiere que los filamentos de actina que controlan la forma de las células neuronales también pueden ser la clave de la maquinaria molecular que forma y almacena recuerdos a largo plazo.
El laboratorio de Rice del físico biológico teórico Peter Wolynes informó en el Actas de la Academia Nacional de Ciencias una teoría sobre cómo se hacen los recuerdos a largo plazo; la teoría se basa en simulaciones que analizan los paisajes energéticos de las proteínas involucradas.
Wolynes y sus colegas son pioneros en el desarrollo de una teoría del paisaje energético para las proteínas, que les permite construir modelos informáticos de proteínas para predecir cómo se plegarán. Estas simulaciones de dinámica molecular emplean el principio de frustración mínima por el cual las proteínas encuentransus formas plegadas más estables.
Para los recuerdos a largo plazo, la estabilidad es deseable. Wolynes y sus coautores, el estudiante graduado de Rice Mingchen Chen y el investigador postdoctoral Weihua Zheng, determinaron que el camino para codificar los recuerdos puede estar en la forma en que los filamentos de actina - la parte "muscular" deel citoesqueleto en cada célula eucariota: tire y estabilice las proteínas de unión al elemento de poliadenilación citoplasmática soluble CPEB en fibras más largas, insolubles, similares a priones.
Los priones son proteínas que, cuando se pliegan mal, se cree que se propagan por sí mismas y causan enfermedades infecciosas como la enfermedad de las vacas locas, la enfermedad de Creutzfeldt-Jakob y otros trastornos. Pero su existencia y las transiciones que se sabe que tienen lugar en las sinapsis sugieren adecuadamenteLos priones plegados deben tener una función biológica, escribieron los investigadores. Estas transiciones fueron el foco de su estudio.
Las proteínas CPEB, cuando se producen en las células, primero se unen unas pocas a la vez en oligómeros, que son hélices alfa en espiral. Los paisajes de energía intrínseca de estos oligómeros permiten que las fuerzas mecánicas proporcionadas por la actina provoquen una transición a cadenas beta más largas que son muchomás estable. Se cree que estas fibras ahora estables agregan y codifican recuerdos en las regiones sinápticas de las neuronas.
Wolynes dijo que Francis Crick, co-descubridor de la estructura del ADN, descubrió algo hace 20 años cuando escribió sobre la memoria y el recambio molecular. Crick se desconcertó por el hecho de que los recuerdos tienden a durar mucho más que las proteínas en las células vivas"Crick anticipa un poco, en una oración, que quizás lo que tenemos es una forma de proteína que se agrega en alguna parte", dijo. "En virtud de ser un agregado, no puede moverse. De esa manera sería capaz demarque una sinapsis particular.
"Obviamente es muy difícil estudiar la base molecular de la memoria porque la memoria implica una actividad bastante compleja", dijo Wolynes. "No se puede estudiar en una bacteria. Hay que estudiarla en algún tipo de organismo que pueda aprender.
"Al mismo tiempo, está claro que la formación de recuerdos implica un procesamiento neuronal de muy alto orden y otras cosas a nivel subcelular para almacenar la gran cantidad de información que memoriza. Hay muchos pasos en la memoria que realmente no sonentendido en absoluto "
Dijo que la investigación anterior muestra que los recuerdos hacen cambios en la sinapsis, las miles de regiones en cada neurona responsables de enviar señales eléctricas y químicas a otras neuronas ". Los recuerdos a corto plazo que duran menos de una hora más o menos parecen estar listosa través de los circuitos eléctricos y bioquímicos directos. La formación de estos recuerdos no parece requerir la creación de nuevas proteínas ", dijo Wolynes.
Los investigadores que realizaron experimentos con babosas marinas envenenadas para evitar que sintetizaran proteínas parecían confirmar eso, dijo. "Descubrieron que estos caracoles podían memorizar cosas por períodos cortos de tiempo pero no por períodos de horas cuando se detuvo la síntesis de proteínas"
Chen, quien dirigió la investigación de Rice, sabía por la literatura que la actina tiene la capacidad de unirse al CPEB oligomérico. Este hecho, junto con la simulación por computadora, sugiere que la fuerza mecánica proporcionada por la actina puede reestructurar el CPEB en una fibra más larga con nuevaWolynes dijo que la reestructuración no solo fuerza al CPEB a un estado similar a un prión de menor energía, sino que también permite que el prión se una a una secuencia de ARN que de otro modo evita que se sintetice más actina.estabiliza la memoria.
"Todavía no entendemos el comienzo del proceso, cómo se pasa de la memoria a corto y largo plazo", dijo. "Pero ahora podemos ver que la actina comienza a formarse en un lugar en particular en respuesta aseñales eléctricas. La actina luego toma los oligómeros de CPEB que están alrededor y los activa, lo que produce más actina y provoca la formación de un prión autorreplicante del CPEB. Ese prión se agrega hasta que se detiene, cambiando la estructura de la sinapsis en unde manera que debería durar un período de tiempo muy largo, quizás décadas ".
Wolynes dijo que puso a Chen en el trabajo con pocas expectativas. "Les doy a los estudiantes principiantes un proyecto que creo les enseñará las herramientas que usamos para observar la dinámica de las proteínas", dijo. "Por lo general, es un proyecto un tanto exagerado,y si no llegan a ninguna parte, no me sentiré triste.
"Entonces dije: '¿Por qué no miramos esta proteína que Eric Kandel y Susan Linquist dijeron que estaba involucrada en la memoria, esta proteína CPEB'"?
Wolynes dijo que muchos neurobiólogos han seguido ese trabajo pionero con las babosas marinas. "Pero agregamos un nuevo elemento al poder observar las estructuras de estas proteínas y predecir la termodinámica del proceso", dijo.ahora podemos ver cómo la fuerza del citoesqueleto puede completar un ciclo de retroalimentación que permite preservar los recuerdos ".
Wolynes considera que el nuevo estudio es una cabeza de playa para lanzar otros para determinar el proceso completo de cómo se forman los recuerdos, así como las implicaciones para enfermedades como el Alzheimer y el Parkinson que involucran la agregación de proteínas.
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Materiales proporcionado por Universidad de Rice . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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