A medida que aprendemos, la estructura de las neuronas individuales en nuestros cerebros cambia para fortalecer conexiones importantes y debilitar las menos importantes, un proceso conocido como plasticidad estructural. En el laboratorio de Ryohei Yasuda en el Instituto Max Planck de Florida para la Neurociencia MPFI, los investigadores están estudiandocómo las muchas moléculas dentro de las neuronas trabajan juntas para hacer que ocurran estos cambios estructurales. Una de las formas más estudiadas de estos cambios, la potenciación a largo plazo LTP, se desencadena por mecanismos de señalización complejos en pequeños compartimentos llamados espinas dendríticas.información de otras neuronas en las espinas dendríticas, y cuando se estimula una espina específica, crece y se fortalece la conexión entre las neuronas. La plasticidad estructural de las espinas dendríticas se considera un mecanismo fundamental de la capacidad del cerebro para aprender y recordar.
Una de las moléculas que Yasuda Lab está estudiando es la proteína quinasa II dependiente de calcio / calmodulina CaMKII, que se sabe que juega un papel esencial en el aprendizaje y la memoria, particularmente en el mantenimiento de cambios estructurales en las sinapsis.Las últimas décadas han mostrado resultados contradictorios sobre cuánto tiempo esta proteína necesita estar activa para un LTP exitoso. Mientras que algunos neurocientíficos que estudian esta molécula creían que estaría activa durante aproximadamente una hora después de aprender, un estudio reciente del Laboratorio de Yasuda desafió esa creenciaAl usar biosensores avanzados para medir la actividad de CaMKII en las espinas dendríticas, demostraron que la activación de CaMKII persiste durante aproximadamente 1 minuto. Aunque los enfoques de imágenes son muy útiles para estudiar la cinética de CaMKII en espinas dendríticas individuales, sus aplicaciones se limitan solo apocas espinas dendríticas que están sujetas a imágenes, mientras que existen miles de otras espinas en cada neurona.
Sobre la base de los conceptos de optogenética, una técnica utilizada para estudiar las neuronas mediante el control de su actividad utilizando la luz, el Dr. Myung Shin, investigador postdoctoral en el Laboratorio Yasuda, colaboró con el Dr. Hideji Murakoshi, un ex investigador postdoctoral en elYasuda Lab y ahora profesor asociado en el Instituto Nacional de Ciencias Fisiológicas, para desarrollar un nuevo inhibidor de CaMKII fotoinducible o péptido inhibidor de autocamida fotoactivable 2 paAIP2. Al usar este inhibidor, ahora pueden medir con precisión la ventana temporal de CAMKIIactividad requerida para plasticidad sináptica.
El equipo de Yasuda demostró que la inhibición de CaMKII durante la estimulación durante aproximadamente 1 minuto inhibe el crecimiento de la columna y el fortalecimiento de la sinapsis durante la LTP. Sin embargo, al inhibir CaMKII con 1 minuto de retraso, la neurona mostró LTP normal, confirmando los resultados anteriores de que la activación de CaMKIIdura 1 minuto. El equipo también probó la actividad CaMKII necesaria para el aprendizaje y la memoria de los animales. Para ello, colocaron un mouse en una habitación luminosa, se conectaron a una habitación oscura a través de un agujero en la pared y luego entrenaron al mouse paraevite el cuarto oscuro administrando una pequeña descarga eléctrica cada vez que ingresa al cuarto oscuro. Descubrieron que inhibir la actividad de CaMKII en la amígdala durante el entrenamiento inhibía este aprendizaje de miedo. Sin embargo, inhibir CaMKII después del entrenamiento no afectó el aprendizaje. Por lo tanto, este estudiodemostró que CaMKII es necesario solo por un corto período de tiempo para LTP y aprendizaje de animales.
En resumen, aplicaron esta herramienta en varias formas de plasticidad sináptica y una forma de aprendizaje y demostraron su utilidad para diseccionar la ventana temporal de activación de CaMKII necesaria para estos fenómenos dependientes de CaMKII. Este estudio fue publicado en la revista neurona en marzo de 2017
"Esta nueva herramienta tiene muchas aplicaciones potenciales en la investigación", dijo la Dra. Shin mientras explicaba que anticipa que otros laboratorios podrán usar este inhibidor para una amplia gama de estudios. PaAIP2 es muy específico y puede brindarle al investigadorresolución temporal de segundo a minuto. Además, es reversible. Apague la estimulación de la luz, el inhibidor se apaga en un minuto y las células vuelven a funcionar normalmente ". Una de nuestras posibles direcciones futuras es combinar este inhibidor con biosensores de señalización", explicó el Dr. Yasuda." Combinando estos enfoques, deberíamos poder determinar los requisitos temporales de la activación de CaMKII para varias moléculas de señalización aguas abajo ".
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Materiales proporcionado por Instituto Max Planck de Florida para la Neurociencia . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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