ARRIBA: ISTOCK.COM, KOTO_FEJA
Una de las sinapsis mejor estudiadas del cerebro sigue sorprendiendo a los neurocientíficos. Según un estudio del 18 de mayo en Nature Communications, las sinapsis de fibras musgosas, llamadas así porque sus terminales se parecen un poco al musgo que crece en los axones, tienen una forma inesperada de regular el flujo de información en el hipocampo: las células postsinápticas que reciben señales de neurotransmisores pueden liberar su propio glutamato para reducir la transmisión de la célula en el lado presináptico.
Esta llamada señalización retrógrada fue totalmente inesperada y depende de la entrada de calcio al célula postsináptica, lo que significa que los investigadores podrían tener que repensar los resultados de experimentos anteriores que usaron condiciones in vitro con diferente disponibilidad de calcio.
Los hallazgos son un gran problema para los neurocientíficos, dice Chris McBain, fisiólogo sináptico de la National Institutos de Salud que no participó en el estudio. La señalización glutamatérgica retrógrada es una ocurrencia realmente rara en el sistema nervioso central, señala, y encontrarla en las fibras musgosas agrega otra capa de complejidad a una de las sinapsis más complejas.
Sinapsis de fibras musgosas: Grandes actores en el hipocampo
Una sinapsis de fibra musgosa (verde) superpuesta con las ubicaciones y los gráficos de las grabaciones electrofisiológicas presinápticas y postsinápticasNature Protocols, en prensa / IST Austria
Los investigadores detrás El nuevo artículo, dirigido por el neurofisiólogo Peter Jonas del Instituto de Ciencia y Tecnología de Austria, investigaba la plasticidad de las neuronas del hipocampo, los cambios dinámicos en las conexiones entre las células que contribuyen al funcionamiento de los circuitos neuronales y que, en última instancia, subyacen al aprendizaje, la memoria y la otras habilidades cognitivas. Jnos Szabadics, neurofisiólogo del Instituto de Medicina Experimental de Budapest, lo expresa de manera bastante simple: sin plasticidad sináptica, el cerebro sería solo una bolsa de cables, dice.
El equipo de Jonass se centró especialmente en sobre la fisiología de la potenciación post-tetánica (PTP), un fenómeno cuando, durante segundos o minutos después de una ráfaga de estimulación de alta frecuencia, aumenta la cantidad de neurotransmisor liberado en la sinapsis. La PTP es uno de los principales mecanismos de plasticidad en las sinapsis de las fibras musgosas, que desempeñan un papel clave en la transmisión de información en el hipocampo.
Las sinapsis de las fibras musgosas también se han estudiado como modelo para las sinapsis en general debido a que las sinapsis bulbosas La punta, o terminal, del axón de las células que libera vesículas de neurotransmisores tiene varias micras de diámetro y, por lo tanto, es más fácil de encontrar y manipular que las de la mayoría de las neuronas. De hecho, dice McBain, las sinapsis de fibras musgosas están tan bien estudiadas que uno pensaría que se han encontrado todas las sorpresas, y que lo que queda tiene matices. . . . Entonces, que [este equipo de investigación] viniera y mostrara tan claramente que un cambio en el calcio postsináptico en realidad puede desencadenar una presencia o ausencia de esta potenciación post-tetánica, creo que es notable.
No me sorprendería en absoluto si hay diferentes manifestaciones o sabores de este fenómeno por todas partes.
Chris McBain, Institutos Nacionales de Salud
Según el coprimer autor Yuji Okamoto, el descubrimiento fue algo fortuito. Tanto Okamoto como David Vandael, el otro primer autor del estudio, son posdoctorados en el laboratorio de Jonass y estaban usando una técnica de la que Jonas fue pionero llamada grabación pareada, en la que se toman simultáneamente mediciones electrofisiológicas de la célula postsináptica y el terminal presináptico a cada lado de una sinapsis.
El año pasado, el equipo de Jonass demostró que la PTP se deriva de un aumento en el conjunto de vesículas fácilmente liberables de las terminales presinápticas: la cantidad de neurotransmisor empaquetado y listo para funcionar cuando se activa la neurona. En su último trabajo, estaban ansiosos por determinar las reglas que rigen la formación de este caché de neurotransmisores.
Una pregunta que tenían era si la actividad en la célula postsináptica facilita la inducción de PTP, como sucedería de ser estimulado por sus muchas otras conexiones con diferentes células. Conocido como plasticidad sináptica asociativa, este patrón de regulación a menudo se basa en un aumento de calcio en la célula postsináptica.
Para probar esto, el equipo sumergió un electrodo en el interior de las células postsinápticas y redujo la cantidad de compuestos que se unen al calcio en la solución tampón, lo que hace que haya más calcio disponible para la célula. En todo caso, esperaban que este aumento en el calcio disponible aumentaría el grado de PTP observado después de que se observaran los estímulos de inducción100 sacudidas rápidas en la terminal presináptica y la célula postsináptica. En cambio, y de manera bastante inesperada, la potenciación se redujo o desapareció por completo.
Para concentrarse en el papel del calcio, los investigadores hicieron el experimento opuesto y esencialmente drenaron el calcio del lado postsináptico marcando los compuestos que se unen al calcio y PTP regresó. Eso significa que la entrada de calcio en la célula postsináptica bloquea de alguna manera la potenciación, dice Okamoto. En otras palabras, cuando el calcio está disponible, la célula postsináptica puede prevenir la PTP y, por lo tanto, medir cuánta información, en forma de neurotransmisor, recibe de una sinapsis determinada.
Por supuesto, nos sorprendió , él dice. Es realmente extraño.
CONVERSACIÓN: La comunicación a través de las sinapsis generalmente se considera de una manera: los neurotransmisores salen de la terminal presináptica (célula de la izquierda en cada panel) y se unen a los receptores en la célula postsináptica (célula de la derecha de cada panel). En circunstancias típicas in vitro, cuando los neurocientíficos estudian las llamadas sinapsis de fibras musgosas del hipocampo, la disponibilidad de calcio es baja (serie superior) y una ráfaga de estimulación de alta frecuencia conduce a la excitación de la célula postsináptica y a un aumento de la fácilmente liberable. reserva del neurotransmisor glutamato en la terminal presináptica, un fenómeno conocido como potenciación post-tetánica. En un nuevo estudio, los investigadores encontraron que esta potenciación post-tetánica puede bloquearse mediante la señalización sináptica a la inversa. Cuando la disponibilidad de calcio es alta (serie inferior), la excitación de la célula postsináptica conduce a una señalización glutamatérgica retrógrada en la que el glutamato de la célula postsináptica se une a los receptores en el terminal presináptico, lo que impide esa potenciación. TTSZ; EL CIENTÍFICO PERSONAL
Las sorpresas continuaron mientras Okamoto y sus colegas profundizaban más. En primer lugar, probaron si la célula postsináptica detenía la PTP enviando señales a la terminal presináptica con endocannabinoides, ya que la señalización endocannabinoide retrógrada se produce en otras sinapsis y es la forma mejor establecida de señalización sináptica retrógrada. Pero bañar las terminales presinápticas en un compuesto que bloquea los receptores de cannabinoides no tuvo ningún efecto.
En cambio, el equipo trató de tratar la terminal presináptica con bloqueadores de los receptores de glutamato que se sabe que abundan mucho en los axones de las fibras musgosas. Eso fue suficiente para recuperar la PTP eliminada por una mayor disponibilidad de calcio en el lado postsináptico. Esto sugiere que, en condiciones con abundante calcio, el glutamato de la célula postsináptica puede viajar de regreso a la terminal presináptica para inhibir la PTP. , dice Okamoto, especialmente no con glutamato.
Szabadics describe la metodología como muy inteligente y agrega que no hay demasiados laboratorios en el mundo que puedan realizar el tipo de experimentos electrofisiológicos detallados en el nuevo artículo. .
Se resuelve un misterio del glutamato
De alguna manera, los hallazgos realmente ayudan a responder preguntas de larga data en la biología de las sinapsis, dice McBain. La presencia de receptores de glutamato en las terminales presinápticas se estableció hace décadas, pero nadie estaba seguro de dónde proviene el glutamato que los estimula. Muchos supusieron que parte del glutamato liberado por la terminal presináptica hacia la sinapsis se difunde de regreso, particularmente si se libera una gran cantidad del neurotransmisor, dice. Y si bien eso aún podría suceder a veces, ahora tiene un mecanismo que se opone a eso, dice, y tiene sentido que tenga este barómetro realmente bueno de la actividad postsináptica en forma de liberación de glutamato postsináptico. . No me sorprendería en absoluto, agrega, si hay diferentes manifestaciones o sabores de este fenómeno que están por todas partes.
En este punto, los investigadores solo pueden adivinar por qué este tipo de mecanismo de retroalimentación. evolucionado, dice Szabadics. Una idea es que podría ayudar a garantizar que los recuerdos importantes no se sobrescriban con datos menos útiles; pero esa o cualquier otra posible explicación en este punto es muy, muy especulativa, advierte.
Vea ¿Qué hacen realmente las nuevas neuronas en el cerebro de los adultos?
El hecho de que la PTP está regulado por el calcio disponible para la célula postsináptica tiene implicaciones de gran alcance para interpretar la investigación neurofisiológica pasada, señala McBain. Una de las verdades inconvenientes de este artículo es que si retrocede y observa muchos otros estudios que se han realizado en esta sinapsis, encontrará que los tampones utilizados para los registros electrofisiológicos varían, lo que significa que la disponibilidad de calcio también varía, dice. En realidad, esto podría explicar por qué los laboratorios a menudo observan diferentes grados de PTP entre sí, agrega.
Esta falta de estandarización metodológica surgió porque nadie pensaba que el calcio postsináptico iba a ser una confusión al establecer el parámetros básicos de la sinapsis, dice McBain. Todo el mundo necesita volver atrás y repensar cuál es la dependencia del calcio de la mayoría de los parámetros básicos que conocíamos sobre la sinapsis.