Una nueva técnica sintoniza el parloteo molecular de las neuronas

POR CHLOE WILLIAMS

Fuente: Spectrum / 11/03/2021

Fotografía: cortesía de Changyang Linghu / Boyden lab

Los investigadores pueden escuchar el parloteo molecular dentro de las neuronas, gracias a sensores fluorescentes que rastrean muchas moléculas de señalización diferentes a la vez. La nueva técnica podría ayudar a revelar cómo difieren las vías de señalización en las personas con autismo y a identificar objetivos moleculares para las terapias.

Para detectar moléculas específicas en las células, los investigadores suelen utilizar "reporteros" fluorescentes que brillan cuando se unen a sus objetivos designados. "El problema es que la mayoría de ellos son verdes porque se basan en una proteína verde de las medusas", dice Edward Boyden, profesor de neurotecnología del Instituto Tecnológico de Massachusetts, que dirigió el nuevo trabajo. En consecuencia, los científicos suelen poder rastrear sólo un objetivo a la vez.

Existen algunos reporteros fluorescentes rojos que permiten -aunque difícilmente, dice Boyden- seguir dos moléculas. Pero los científicos no han tenido una forma fácil de estudiar la compleja dinámica de las vías de señalización que implican a más de dos moléculas.

Con la nueva técnica, los investigadores pueden seguir hasta cinco moléculas a la vez. Unos sensores especializados marcan cada molécula y forman grupos distintos dentro de una célula que pueden distinguirse por su ubicación y no por su color.

Boyden y sus colegas crearon los sensores a partir de reporteros fluorescentes convencionales uniendo a cada uno de ellos dos pequeñas proteínas, denominadas péptidos de autoensamblaje. Los péptidos son específicos para cada uno de los sensores, y cada péptido se une sólo a otros similares, lo que hace que los sensores se agrupen por tipo.

El equipo también añadió un anticuerpo único a cada complejo de reporteros. Como los reporteros agrupados apenas se mueven durante la obtención de imágenes celulares, los investigadores pueden teñir posteriormente las células con marcadores de anticuerpos para identificar los grupos.

El resplandor posterior: los grupos de sensores (verde) que son específicos de un tipo de molécula pueden distinguirse posteriormente utilizando marcadores de anticuerpos. / Cortesíia de Changyang Linghu / Boyden lab

Destacado

El equipo modificó los reporteros fluorescentes verdes existentes para tres moléculas de señalización diferentes: iones de calcio, AMP cíclico y una enzima llamada proteína quinasa A (PKA). En las neuronas, estas moléculas conforman una red de señalización que ayuda a dar forma a las conexiones entre las células, un proceso que se cree que subyace a la memoria y el aprendizaje.

Los investigadores probaron los sensores modificados en neuronas de ratón en una placa, exponiendo las células a un fármaco que aumenta los niveles de AMP cíclico y observando los cambios en los niveles de iones de calcio y la actividad de la PKA. También probaron los sensores en rodajas de cerebro de ratones, que expresaban dos de los reporteros sólo en determinadas neuronas. Utilizaron un microscopio para rastrear la fluorescencia en las células y los cortes de cerebro antes, durante y después de la exposición al fármaco para medir la actividad de las moléculas.

Los reporteros modificados crean cientos de puntos brillantes dentro de una célula, la gran mayoría de los cuales son específicos de un tipo de molécula, informaron los investigadores en diciembre en Cell. Los reporteros no alteran la salud de las células ni su señalización habitual.

Con los sensores, los investigadores siguieron los cambios en los niveles de iones de calcio, AMP cíclico y actividad PKA a lo largo del tiempo. Descubrieron que, tanto en las células como en los cortes de cerebro, dos subconjuntos de células muestran respuestas distintas a la actividad del AMP cíclico. En algunas células, un aumento del AMP cíclico es seguido rápidamente por un aumento de los iones de calcio, mientras que otras células tienen una respuesta más lenta. La respuesta más rápida también está asociada a una mayor actividad de la PKA.

Estas respuestas diferentes requieren una mayor investigación, pero podrían ayudar a explicar por qué algunas señales conducen a cambios duraderos en la fuerza de las conexiones neuronales, mientras que otras no lo hacen, dicen los investigadores.

El equipo modificó otros reporteros que detectan otras dos enzimas, la proteína quinasa C y la quinasa regulada por señal extracelular (ERK), y probó los cinco reporteros en células en una placa. Construyeron el reportero ERK para que brillara en rojo, pero con los mismos péptidos que el reportero AMP cíclico. Aunque los dos indicadores se agruparon, el equipo pudo distinguirlos por su color.

Boyden y su equipo están trabajando actualmente en más indicadores. En el futuro, los científicos podrían rastrear cientos de moléculas a la vez utilizando este método, afirma.

TAGS: autismo, señalización excitatoria, aprendizaje y memoria, tecnología

https://www.spectrumnews.org/news/toolbox/new-technique-tunes-in-to-molecular-chatter-in-neurons/