Un nuevo método pone de manifiesto la plasticidad sináptica en ratones vivos

POR HOLLY BARKER

Fuente: Spectrum | 05/01/2021

Fotografía: Autism Spectrum

Utilizando una nueva línea de ratones que expresan un receptor de membrana sináptica con una etiqueta fluorescente, los investigadores han rastreado los cambios en la fuerza de las sinapsis a través del cerebro durante varios días.

Utilizando una nueva línea de ratones que expresan un receptor de membrana sináptica con una etiqueta fluorescente, los investigadores han rastreado los cambios en la fuerza de las sinapsis a través del cerebro durante varios días. El método podría arrojar luz sobre la alteración de la función sináptica en las personas con autismo y los mecanismos neuronales responsables de los rasgos de esta enfermedad.

Las sinapsis son enlaces muy dinámicos entre las neuronas que pueden fortalecerse o debilitarse con el tiempo dependiendo de su uso, un proceso conocido como plasticidad sináptica. Por ejemplo, cuando se estimulan las neuronas, las sinapsis entre ellas aumentan de tamaño y reclutan proteínas llamadas receptores AMPA en la superficie de las células.

Los investigadores han visualizado tradicionalmente la plasticidad en ratones vivos inyectando en las neuronas un plásmido que lleva el gen de una versión marcada con fluorescencia del receptor AMPA, lo que hace que esas neuronas expresen el receptor marcado. Sin embargo, la microinyección de ADN en las neuronas lleva mucho tiempo y es poco eficaz, ya que sólo confiere fluorescencia al receptor a unas pocas neuronas. Además, las células inyectadas sobreexpresan el gen, lo que puede alterar la función del receptor.

Los nuevos ratones, desarrollados por Richard Huganir y sus colegas de la Universidad Johns Hopkins de Baltimore (Maryland), permiten visualizar los receptores AMPA en todo el cerebro. El equipo modificó genéticamente los ratones para fusionar los receptores AMPA de los animales con una etiqueta fluorescente. La etiqueta es sensible al pH y sólo se ilumina en el entorno neutro de la superficie celular, no en el interior ácido de la célula. De este modo, sólo son visibles los receptores de la membrana celular.

Cuando los investigadores estimularon eléctricamente las neuronas en rodajas de tejido cerebral de los ratones, la fluorescencia aumentó, como se esperaba. La medición de la excitabilidad eléctrica de las neuronas, mediante un método conocido como registro de pinza de parche, confirmó que la señal fluorescente se correlacionaba con sinapsis funcionalmente más fuertes.

El resplandor verde: Una etiqueta fluorescente que ilumina las proteínas de las sinapsis permite a los investigadores medir los cambios en la fuerza de las conexiones neuronales a lo largo del tiempo.

Sustituyendo quirúrgicamente la parte superior del cráneo de los animales por un material transparente, los investigadores obtuvieron una ventana a la corteza cerebral. La microscopía de fluorescencia de alta resolución reveló una constelación de millones de sinapsis con un detalle exquisito. El equipo desarrolló un algoritmo para detectar y medir la fluorescencia de cada sinapsis dentro del voluminoso conjunto de datos, con una precisión comparable a la de los anotadores expertos pero que arroja resultados en una fracción del tiempo.

El equipo de Huganir también rastreó los cambios en las mismas sinapsis antes y después de estimular los bigotes de los roedores, una manipulación que aumenta la fuerza de las sinapsis en una región precisa de la corteza somatosensorial, según han demostrado trabajos anteriores. Como se esperaba, la estimulación de los bigotes aumentó la fluorescencia en la misma región del cerebro en la nueva línea de ratones, indicando que las sinapsis se habían reforzado al reclutar receptores AMPA en la superficie de las neuronas. Los resultados se publicaron en octubre en eLife.

En un trabajo inédito presentado virtualmente en noviembre en el congreso de la Sociedad de Neurociencia de 2021, los ratones se sometieron a un condicionamiento de miedo, aprendiendo a asociar el hecho de estar en una jaula concreta con una leve descarga eléctrica. Mediante un sistema basado en el aprendizaje profundo, el grupo pudo ver cómo se añadían receptores a las sinapsis cada vez que se tomaban imágenes de los animales durante un periodo de dos semanas, lo que confirmó que su respuesta de miedo aprendida dependía de la plasticidad sináptica.

La capacidad de obtener imágenes de sinapsis individuales en regiones enteras del cerebro tiene implicaciones prometedoras para la investigación del autismo, dice Huganir, profesor de ciencias del cerebro y de ciencias psicológicas y cerebrales. Varios genes relacionados con el autismo regulan la plasticidad sináptica. Se cree que las variaciones en estos genes alteran la fuerza y la abundancia de las sinapsis, provocando cambios a gran escala en la conectividad neuronal. A pesar de la heterogeneidad del autismo, las distintas formas de la enfermedad convergen en una vía común que implica la alteración de la homeostasis de las sinapsis.

El laboratorio de Huganir tiene previsto cruzar los ratones fluorescentes con modelos de ratón que expresen variaciones en los genes sinápticos relacionados con el autismo, lo que permitirá seguir investigando el tráfico de receptores, la alteración de la transmisión y la composición de las sinapsis en el cerebro autista.

Este método también podría dar pistas sobre la base molecular de los rasgos del autismo, como la alteración de la comunicación social y la percepción sensorial. Dado que estas diferencias implican la comunicación entre múltiples regiones del cerebro, la obtención de imágenes de todo el cerebro es crucial para comprender las vías implicadas, afirma Huganir.

Cite este artículo: https://doi.org/10.53053/UOEU4921

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