Imagínese tratando de descubrir cómo funciona algo cuando ese algo se lleva a cabo en un espacio más pequeño que un femtolitro: un cuadrillonario de un litro. Ahora, dos científicos con una nariz para resolver misterios han usado una combinación de modelado matemático, electrofisiología ysimulaciones por computadora para explicar cómo las células se comunican de manera efectiva en espacios altamente restringidos como los cilios olfatorios, donde se lleva a cabo la detección de olores. Los hallazgos informarán futuros estudios de señalización y comunicación celular en el sistema olfativo y también en otros espacios confinados del sistema nervioso.
El autor del estudio, Johannes Reisert, PhD, un fisiólogo celular del Centro Monell, comenta: "Los canales iónicos y cómo sus corrientes cambian las concentraciones de iones dentro de las células son notoriamente difíciles de estudiar. Nuestro enfoque basado en modelos nos permite comprender mejor no solo cómo funciona el olfato, pero también la función de pequeñas terminaciones nerviosas como las dendritas, donde la patología se asocia con muchas enfermedades neurodegenerativas ".
En el estudio, publicado en línea antes de la impresión en el Actas de la Academia Nacional de Ciencias , los científicos preguntaron por qué las células receptoras olfativas se comunican con el cerebro utilizando una serie de eventos eléctricos fundamentalmente diferentes a las utilizadas por las células sensoriales en los sistemas visuales o auditivos.
El olfato comienza cuando, en un proceso similar al de una llave que encaja en una cerradura, una molécula química en el aire viaja a través del moco nasal para unirse con un receptor olfativo incrustado en la pared de una célula nerviosa dentro de la nariz. Los receptores olfativos se encuentranen los cilios, estructuras alargadas con forma de hilo súper delgado de menos de 0.000004 pulgadas de diámetro, que se extienden desde la célula nerviosa hasta el moco.
El acto de unión del receptor de olor inicia una cascada molecular compleja dentro de la célula olfatoria, conocida como transducción, que hace que el nervio envíe una señal eléctrica para informar al cerebro que se ha detectado un olor.
El proceso de transducción culmina con la apertura de los poros llamados canales iónicos, ubicados en la pared de la célula nerviosa. Los poros abiertos permiten que las moléculas cargadas eléctricamente iones positivas o negativas entren y salgan de la célula. Esto finalmente cambia la célula en generalcarga eléctrica a un estado menos negativo, que es lo que inicia la señal de la célula al cerebro.
La mayoría de los canales iónicos son selectivos para un ión específico, incluido el sodio cargado positivamente Na + iones o cloruro cargado negativamente Cl - .El flujo de un ion a través de su canal en cualquier dirección genera una corriente eléctrica.
Las células receptoras tanto en el sistema visual como en el auditivo dependen de las corrientes de iones positivos que fluyen hacia adentro para provocar una señal eléctrica. Por el contrario, el sistema olfativo también depende de las corrientes de iones negativos que fluyen hacia afuera.
Al utilizar múltiples enfoques para desarrollar un modelo comprobable de transducción olfativa y corrientes iónicas, Reisert y su colaborador, el neurocientífico computacional Jürgen Reingruber, PhD, de la Ecole Normale Supérieure en París, pudieron explicar por qué el sistema olfativo funciona de manera diferente.
Los investigadores demostraron que confiar en Cl - en lugar de Na + como parte de la cascada de transducción proporciona varias ventajas que permiten que las células olfativas respondan a los olores de manera más consistente.
Una restricción que enfrenta el sistema olfativo es que las concentraciones de Na + y otros iones positivos en el moco fuera de las células olfativas varían drásticamente en función del entorno externo de la nariz. Esto dificulta que las células olfativas dependan del Na que se origina externamente + corrientes como un componente confiable de la respuesta de transducción.
Las células olfativas contrarrestan este problema usando un Cl - corriente que se origina dentro de la célula, donde las concentraciones de iones son más estables, haciendo que el Cl - actual más confiable en general.
"Imagine que ha estado nadando en el océano y su nariz está bañada en agua salada. Eso significa que hay mucho más sodio fuera de las células olfativas, pero deben poder funcionar de manera confiable si acaba de nadaren el océano o están sentados en su cocina ", dijo Reisert." Reemplazando el Na de origen externo + actual con Cl - los iones que se mueven desde adentro de la celda hacia afuera resuelven ese problema "
Los modelos también mostraron que usando el Cl que fluye hacia afuera - las corrientes iónicas permiten que las células olfativas protejan el espacio intracelular infinitesimal de los cilios, que es donde se produce la transducción olfativa. Esto se debe a que los iones positivos que fluyen hacia adentro alentarían el ingreso de agua adicional al espacio, lo que podría provocar una inflamación osmótica y estructuras estructurales relacionadasdaño a los cilios.
Los resultados explican cómo el sistema olfativo puede funcionar de manera confiable a pesar de las condiciones físicas desafiantes de un entorno externo inestable y el pequeño volumen ciliar. Un ejemplo del poderoso valor de la ciencia básica, este enfoque de modelado ahora se puede utilizar para investigar similarespreguntas en otras partes del sistema nervioso.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Monell Chemical Senses Center . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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