¿Por qué algunos recuerdos duran toda la vida mientras que otros nunca persisten más de unos minutos? ¿Cómo se convierten los recuerdos a corto plazo en recuerdos a largo plazo?
Recientemente, un estudio colaborativo dirigido por el Dr. BI Guoqiang de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China de la Academia de Ciencias de China y el Dr. CHENG Heping de la Universidad de Pekín PKU reveló el papel esencial del destello mitocondrial dendrítico en la transformación de corto plazoplasticidad sináptica en plasticidad a largo plazo, que se sabe que son los correlatos celulares de la memoria a largo plazo. Los resultados se publicaron en Comunicaciones de la naturaleza .
El flash mitocondrial o 'mitoflash' fue identificado por primera vez por el equipo del Dr. CHENG Heping en PKU como una señal cuantificada a nivel de una sola mitocondria, que involucra eventos mitocondriales como la despolarización de la membrana, la producción de especies reactivas de oxígeno ROS y la alcalinización de la matriz que durandurante decenas de segundos. A pesar de su consumo de energía y de su componente ROS de riesgo, se ha descubierto que el mitoflash existe en las mitocondrias funcionales en todos los tipos de células y especies. El Dr. CHENG y el equipo del Dr. WANG Xianhua han estado investigando la relevancia biológica del mitoflash durante años.
La plasticidad sináptica se considera la base celular del aprendizaje y la memoria. Inducida por diferentes patrones de actividades neuronales, la plasticidad sináptica a corto plazo dura unos segundos a unos minutos, mientras que la plasticidad a largo plazo dura decenas de minutos a horas yun período de tiempo aún más largo.
El equipo de investigación conjunto planteó la hipótesis de que el mitoflash podría estar involucrado en la transducción de señales de la plasticidad sináptica. Para probar esta hipótesis, los estudiantes de doctorado emplearon un modelo celular clásico, las neuronas del hipocampo de rata, para estudiar el aprendizaje y la memoria, y emplearon un conjunto de métodos novedososincluyendo imágenes continuas a largo plazo de mitoflashes y activación de fotones de eventos individuales de mitoflash mediante pulsos de láser de femtosegundos.
Con estos nuevos métodos, los investigadores encontraron que la potenciación sináptica a largo plazo LTP siempre iba acompañada de uno o más mitoflashes en las mitocondrias dendríticas cercanas después de la LTP inducida por liberación química, eléctrica o glutamato. Además, las mitoflashes inducidas artificialmente podrían a su vez facilitar la transicióndesde la potenciación sináptica a corto plazo hasta la potenciación a largo plazo.
Curiosamente, el efecto regulador del mitoflash sobre la plasticidad sináptica solo fue efectivo dentro de la ventana de tiempo crítica de 30 minutos y una extensión espacial de aproximadamente 2 μm, lo que demuestra la precisión espacio-temporal de este mecanismo regulador. Un estudio adicional reveló que el calcio sináptico yEl calcio-calmodulina quinasa fue importante para provocar el mitoflash, que a su vez liberó ROS para señalar la plasticidad sináptica a largo plazo.
Este estudio identificó las mitoflashes como bioseñales digitales que desempeñan funciones esenciales en la plasticidad sináptica. Reveló por primera vez la interacción bidireccional entre las mitocondrias dendríticas y las sinapsis, e indicó que el estallido de ROS local y transitorio puede proporcionar un mecanismo subcelular para "quemar "cambios sinápticos a corto plazo en la memoria a largo plazo, lo que proporcionó una nueva visión de la relevancia biológica del mitoflash.
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Materiales proporcionado por Universidad de Ciencia y Tecnología de China . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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