Sus células tienen una capacidad asombrosa: pueden construir sus propias fábricas de energía, llamadas mitocondrias. Una vez construidas, las mitocondrias deben moverse donde sea necesario en la celda. Los defectos en el transporte mitocondrial son una causa sospechosa de enfermedades, como el Alzheimer, la ELA, el Huntington y el Parkinson.
Los científicos de Scripps Research han descubierto cómo las neuronas gestionan este importante proceso al estudiar las células de Aplysia californica, un tipo de babosa marina utilizada en la investigación de neurociencia. El artículo fué publicado en la revista Cell Reports , puede ayudar a abrir nuevas puertas para mejorar el transporte mitocondrial, dice el neurocientífico Sathyanarayanan Puthanveettil , PhD, profesor asociado de Scripps Research y autor principal del nuevo estudio.
“Estamos muy interesados en analizar este proceso en enfermedades neurodegenerativas”, dice Puthanveettil. “Si puedes encontrar medicamentos potenciales que puedan manipular el transporte, eso podría ser beneficioso”.
El equipo de Puthanveettil creó las neuronas de babosas marinas para crecer en los platos. Algunas neuronas crecieron solas, y otras crecieron junto a sus parejas. En la jerga de la neurociencia, la célula que envía una señal se llama “pre-sináptica” y la célula que recibe la señal es “post-sináptica”. Debido a que el circuito cerebral de las babosas es simple y sus células son más grandes, son un modelo útil. Organismo a 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 uno a otro. 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.
Puthanveettil, 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 jugador importante. Una vez que una neurona ha crecido en 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 está casi completamente cambiada”, dice Puthanveettil.
Este cambio de identidad también parece persistente: la célula no solo crea mitocondrias en una explosión rápida. En cambio, la síntesis de proteínas cambia permanentemente para apoyar la construcción y el transporte de nuevas mitocondrias. Esto apoya el hallazgo anterior de que se necesita una cantidad masiva de energía para mantener la función presináptica y mantener la célula en comunicación con sus vecinos.
“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. Muchas personas habían asumido que mejorar el transporte simplemente impulsaría el movimiento de las muchas mitocondrias que tienden a detenerse a lo largo de las líneas de transporte.
Puthanveettil dice que los estudios futuros 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.
Esta investigación fue publicada en Cell Reports.