Descubren un nuevo tipo de sinapsis en el cerebro

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Un equipo internacional de investigadores de diferentes instituciones acaba de anunciar en la revista Cell el hallazgo de un tipo de sinapsis desconocido hasta ahora, ya que permanecía oculto en los extraños apéndices similares a cabellos que se pueden ver en la superficie de las neuronas.

En su estudio, llevado a cabo en ratones, los investigadores explican que esos apéndices, llamados cilios primarios, desempeñan un papel en la señalización neuronal que había pasado inadvertido. En concreto, hacen las funciones de un ‘atajo’ para transmitir señales directamente al núcleo neuronal y desencadenar cambios en la cromatina, el complejo que forma los cromosomas.

El hallazgo ayudará a los científicos a comprender mucho mejor cómo funciona el cerebro, pero también a desentrañar el papel que juegan estas misteriosas estructuras en otros tipos de células.

«Esta sinapsis especial -explica David Clapham, del Campus de Investigación Janelia del Instituto Médico Howard Hughes y coautor del estudio- representa una forma de cambiar lo que se transcribe o se hace en el núcleo, y eso puede cambiar programas completos. Es como un nuevo resorte celular que da acceso rápido a los cambios de cromatina, y eso es muy importante porque la cromatina cambia muchos aspectos de la célula«.

El misterio de los cilios

Los cilios primarios sobresalen de la superficie de casi todas las células de mamíferos. Algunos de ellos tienen funciones bien entendidas, como las que ayudan a mover la mucosidad en nuestros pulmones, pero en muchos otros casos no se conoce el papel que desempeñan. A veces, esos cilios actúan como antenas que reciben señales de estímulos externos, como sucede en el caso de las células fotorreceptoras, donde juegan un papel en el procesamiento de la luz. Pero en muchas otras ocasiones se desconoce por completo cuál podría ser su cometido.

Se cree que los cilios primarios son un vestigio de nuestros orígenes unicelulares, hace miles de millones de años, pero el papel que desempeñan en las neuronas ha sido un misterio hasta ahora. De hecho, según aclaran los investigadores, son tan pequeños que resultan difíciles de distinguir con las técnicas de imagen tradicionales.

Sin embargo, los últimos avances en microscopía han hecho posible ver estructuras cada vez más pequeñas y más finas, lo que llevó a un equipo dirigido por el neurocientífico Shu-Hsien Sheu del Laboratorio Clapham de Janelia, a observar mucho más de cerca.

Para estudiar las neuronas en alta resolución, el equipo utilizó microscopía electrónica de barrido de haz de iones, y fue así como logró determinar que los cilios pueden formar una sinapsis, una estructura que permite que las neuronas intercambien señales entre ellas, a través de los axones.

En una segunda etapa de la investigación, Sheu y sus colegas emplearon un biosensor recientemente desarrollado junto con una técnica llamada Fluorescence Lifetime Imaging (FLIM), para observar los procesos bioquímicos que tienen lugar dentro de los cilios en ratones vivos. De esta forma, consiguieron desglosar, paso a paso, el proceso mediante el cual el neurotransmisor serotonina se libera del axón a los receptores de los cilios. A partir de ahí, una cascada de señales abre la cromatina en el núcleo de la neurona, lo que permite cambios en el material genético del interior.

Los autores del estudio llaman a su descubrimiento una ‘sinapsis axo-ciliar’ o ‘axón-cilio’, y sostienen que, debido a que las señales desencadenan cambios directamente en el núcleo celular, podrían ser responsables de implementar cambios a más largo plazo que la clásica conexión sináptica axón-dendrita. La sinapsis ciliar podría, por lo tanto, ser un atajo para cambios genómicos a largo plazo.

El siguiente paso en la investigación será observar más de cerca otros receptores en los cilios primarios neuronales. El presente estudio solo se centró en la serotonina, pero existen por lo menos otros siete receptores de neurotransmisores que justifican una mayor investigación.

Además, a Sheu y sus colegas les gustaría investigar el papel de los cilios primarios en otros órganos, lo que proporcionará una mejor y más detallada comprensión de cómo funciona el cuerpo humano y conducirá, por ejemplo, al desarrollo de fármacos más específicos y efectivos.

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