Estudio de babosa marina ilumina cómo se mueven las mitocondrias

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babosa de mar, Aplysia californica

Descubren un mecanismo fundamental responsable de la función cerebral superior

Nuestras células tienen una capacidad asombrosa: pueden construir sus propias fábricas de energía, llamadas mitocondrias. Una vez construidas, las mitocondrias deben moverse en la célula donde sea necesario. Los defectos en el transporte mitocondrial son una causa sospechosa de enfermedades, como el Alzheimer, la ELA, el Huntington y el Parkinson.

Científicos de Scripps Research han descubierto cómo manejan las neuronas este importante proceso al estudiar las células de Aplysia californica, un tipo de babosa de mar, también llamada liebre marina, que se usa en la investigación de neurociencia.

El documento, publicado esta semana como artículo de portada en la revista Cell Reports, puede ayudar a abrir nuevas puertas para mejorar el transporte mitocondrial, dice el neurocientífico Sathyanarayanan Puthanveettil, Ph.D., profesor asociado de Scripps Research y autor principal del nuevo estudio.

"Estamos muy interesados en ver este proceso en las enfermedades neurodegenerativas", dice Puthanveettil. "Si puedes encontrar potenciales medicamentos que puedan manipular el transporte, eso podría ser beneficioso".

El equipo de Puthanveettil instaló en unos platos neuronas de babosas marinas para hacerlas crecer. Algunas neuronas crecieron solas, y otras crecieron junto a sus parejas. En la jerga de neurociencia, la célula que envía una señal se denomina "pre-sináptica" y la célula que recibe la señal es "post-sináptica". Debido a que el circuito cerebral de las babosas es simple y que sus células son más grandes, son un organismo modelo útil para estudiar, explica Puthanveettil.

Las neuronas tienen proyecciones alargadas llamadas axones que permiten que los mensajes de las neuronas presinápticas lleguen a las neuronas postsinápticas. Al final de cada axón hay una cámara ocupada llamada sinapsis que transmite el mensaje de una a otra. Este sistema requiere una gran cantidad de energía para funcionar, por lo que las células transportan las mitocondrias hacia sus sinapsis para proporcionar esa energía, dice Puthanveettil. Las mitocondrias más antiguas regresan al cuerpo celular para reciclarlas.

transporte mitocondrialPuthanveettil, el primer autor Kerriann Badal y sus colegas querían descubrir el mecanismo en las células que inicia el proceso de transporte. Para hacer esto, el equipo supervisó el transporte mitocondrial mientras intentaban activar diferentes vías de señalización. Los experimentos llevaron a los investigadores a identificar una vía de señalización llamada AMPc como un actor importante. Una vez que una neurona ha crecido en la sinapsis, se activa el cAMP y parece intervenir para mejorar el transporte mitocondrial.

Significativamente, el equipo encontró que la neurona presináptica altera la expresión de alrededor de 4.000 genes (posiblemente alrededor del 20 por ciento de los genes que tiene) a medida que produce nuevas mitocondrias.

"La identidad de la neurona presináptica es cambiada casi completamente", dice Puthanveettil.

Este cambio de identidad también parece persistente: la célula no solo crea mitocondrias en una rápida explosión. En cambio, la síntesis de proteínas cambia permanentemente para ayudar a la construcción y el transporte de nuevas mitocondrias. Esto apoya el hallazgo previo de que se necesita una cantidad masiva de energía para mantener la función presináptica y mantener la célula en comunicación con sus vecinas.

"Hemos descubierto un mecanismo fundamental responsable de la función cerebral superior", dice Puthanveettil.

Puthanveettil dice que este descubrimiento fue sorprendente por dos razones: primero, la comprensión de que el transporte mitocondrial aumentó después de que se construyó la sinapsis, no antes. Ambos procesos requieren mucha energía, por lo que fue interesante descubrir que mantener la sinapsis parece requerir más energía que el proceso de construcción inicial.

Además, los investigadores no esperaban ver la producción de tantas nuevas mitocondrias. Muchos científicos habían asumido que mejorar el transporte simplemente iniciaría el movimiento de las muchas mitocondrias que tienden a detenerse a lo largo de las líneas de transporte.

Puthanveettil dice que futuros estudios podrían ver cómo diseñar una terapia con medicamentos para mejorar el transporte en enfermedades donde el transporte es defectuoso. También está estudiando cómo cambia el transporte mitocondrial en respuesta al aprendizaje y la formación de la memoria.

Artículo científico: Synapse Formation Activates a Transcriptional Program for Persistent Enhancement in the Bi-directional Transport of Mitochondria

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