Similar a un piso de mosaico donde se unen diferentes mosaicos estampados para hacer una imagen compuesta y holística, nuestros cerebros también consisten en miles de millones de neuronas únicas que finalmente se conectan y generan actividad cerebral coordinada. Sin embargo, a diferencia del piso de mosaico, que es estático, nuestros cerebros son dinámicos y la actividad en el cerebro cambia en función de las señales ambientales. Entonces, ¿qué constituye el mosaico de nuestro cerebro? O, en otras palabras, ¿en qué se diferencian las neuronas individuales entre sí? La presencia o ausencia de tipos especiales deLas proteínas en las neuronas individuales las hacen únicas y el rango completo de dichas proteínas en una neurona define su capacidad característica para responder diferencialmente a estímulos internos o externos particulares. Cuando las neuronas individuales pierden su combinación proteica característica, puede conducir a una actividad cerebral defectuosa seguida de enfermedades de neurodegeneracióny trastornos psiquiátricos. Y así, identificar los mecanismos que definen qué proteína está presente en qué neuronas,son de suma importancia.
Nuestro trabajo reciente, publicado recientemente en la revista internacional eNeuro, ha demostrado que en todas las especies, desde moscas de la fruta hasta humanos, las neuronas en el cerebro recién formado utilizan una nueva forma de señalización de calcio llamada entrada de calcio operada en la tienda o SOCE, paraexpresan el rango correcto de proteínas. Durante las neuronas SOCE traen calcio desde el exterior de la célula para rellenar las reservas de calcio celular agotadas que ocurren durante la respuesta neuronal a un rango de señales como hormonas, neuropéptidos e incluso neurotransmisores. La función de SOCE enLas neuronas han sido difíciles de entender principalmente porque las neuronas tienen varios mecanismos alternativos de entrada de calcio. Hemos utilizado enfoques genéticos específicos para estudiar cómo SOCE afecta la función neuronal en Drosophila neuronas y más recientemente en células precursoras neuronales derivadas de células madre humanas.
La mosca de la fruta, como muchos otros insectos, pasa por una etapa larval que se arrastra y se convierte en una pupa sésil en la que el cerebro larval se modela de nuevo para la vida como una mosca. Sin embargo, dentro de la pupa aparentemente inactiva, las neuronas que se modificanestán ocupados haciendo las conexiones correctas con otras neuronas, un proceso llamado desarrollo del circuito neural. Cuando las proteínas necesarias para la señalización de calcio se eliminaron específicamente de las neuronas del circuito de vuelo, las moscas que emergieron de las pupas no pudieron volar por mucho tiempo.Estas moscas voladoras tan pobres con moscas normales quedaron claras que las proteínas específicas que ayudan a las neuronas a comunicarse entre sí estaban presentes en niveles mucho más bajos cuando la señalización de calcio se ve afectada en el circuito de vuelo en desarrollo de una pupa de mosca de la fruta.
Nuestro trabajo anterior demostró que los genes que codifican estas proteínas se expresaron en niveles más bajos cuando la señalización de calcio estaba alterada. La importancia de estos genes y las proteínas codificadas por ellos, para la actividad cerebral normal, era evidente al volver a poner algunas de ellas en una frutavolar con una señalización de calcio deteriorada permitió un vuelo mucho mejor. En estas moscas "rescatadas", la capacidad de las neuronas de vuelo para comunicarse entre sí, mediante un proceso llamado neurotransmisión, también mejoró.
La mayoría de los procesos celulares y moleculares se conservan en organismos separados entre sí a través de grandes escalas de tiempo evolutivas. Por lo tanto, los estudios de la mosca de la fruta han ayudado a comprender aspectos del desarrollo humano, el comportamiento y la enfermedad. Debido a los experimentos directos que prueban si la expresión génicaen las neuronas del cerebro humano no es posible la señalización de calcio, elegimos probar esta idea en células precursoras neurales humanas derivadas de células madre humanas. De hecho, aquí también la pérdida de una clase particular de señalización de calcio conduce a la expresión alterada de genes y proteínasComo se muestra en nuestro artículo recientemente publicado en Frontiers in Molecular Neuroscience, las células precursoras neuronales se volvieron más parecidas a las neuronas en una etapa anterior, lo que sugiere que la señalización de calcio durante el desarrollo ayuda a la expresión de las proteínas necesarias para mantener las células precursoras neurales en un estado donde puedendividir y crear más células como ellas. Este hallazgo es potencialmente importante para comprenderaliviar los síndromes que afectan el crecimiento normal del cerebro humano.
Nuestros hallazgos de la mosca de la fruta y las células precursoras neuronales humanas muestran que se requiere el mismo mecanismo de señalización de calcio para generar clases específicas de neuronas en el cerebro. En la mosca de la fruta sabemos que la pérdida de dicha señalización afecta su capacidad de volar normalmente.En el cerebro humano está potencialmente implicado en el crecimiento en las primeras etapas de la formación del cerebro. ¿La pérdida de dicha señalización de calcio en las neuronas humanas adultas también cambia su función y afecta la salud humana? El trabajo de otros laboratorios sugiere que este podría ser el caso.Por ejemplo, en el trastorno neurodegenerativo humano ataxia espinocerebelosa 15, la señalización del calcio se reduce debido a mutaciones hereditarias. ¿Esto se debe a cambios en la expresión génica en las neuronas afectadas con el tiempo? La respuesta a esta pregunta tendrá que esperar a la próxima serie de experimentos.
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Materiales proporcionado por Centro Nacional de Ciencias Biológicas . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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