Cada neurona expresa una combinatoria específica de proteínas de superficie que la diferencia de las otras neuronas

Descubren un mecanismo molecular clave en la formación de las conexiones neuronales

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La especificidad sináptica es la capacidad que tienen las neuronas de hacer conexiones con unas neuronas en concreto, y no con otras con las que también estén en contacto físico o en cuyo entorno se encuentren. Este proceso está mediado por proteínas de superficie que transmiten información del exterior al interior de la neurona.

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Marta Morey es investigadora Ramón y Cajal del Departamento de Genética de la Facultad de Biología de la UB.

Marta Morey es investigadora Ramón y Cajal del Departamento de Genética de la Facultad de Biología de la UB.

UB / La especificidad sináptica es esencial para el ensamblaje y el funcionamiento correcto de los circuitos neuronales. Un trabajo internacional codirigido por Marta Morey, investigadora Ramón y Cajal del Departamento de Genética de la Facultad de Biología de la Universidad de Barcelona, ha identificado dos familias de proteínas de superficie, Dpr y DIPS, que interaccionan entre ellas y serían clave en el reconocimiento entre parejas sinápticas.

La investigación, publicada en la revista científica Cell, ha analizado la expresión génica de neuronas del sistema visual de la mosca del vinagre (Drosophila melanogaster) y ha mostrado que la expresión combinatorial de miembros de familias multigénicas de proteínas de superficie en distintos tipos neuronales es una estrategia que permite a cada tipo neuronal establecer conexiones con neuronas postsinápticas específicas. «Este descubrimiento podría ayudar en un futuro a desvelar el origen de las enfermedades debidas a defectos en la especificidad sináptica», apunta Marta Morey.

Un patrón único de cada neurona

Para averiguar qué mecanismos moleculares regulan esta especificidad, los investigadores han analizado siete tipos neuronales del sistema visual de la mosca del vinagre, cuya organización tiene una gran similitud estructural con la de otras regiones del sistema nervioso de los vertebrados tales como la retina, la espina dorsal o la región del córtex.

En primer lugar, los expertos usaron técnicas de secuenciación de ARN de alto rendimiento, una tecnología que permite obtener una instantánea de los genes que expresa cada tipo neuronal. Los resultados mostraron que cada tipo expresa una gran cantidad de genes que codifican para proteínas de superficie con un patrón único. «Por primera vez de forma directa, vimos la extraordinaria batería de proteínas de superficie de las que disponen las neuronas. Asimismo, cada neurona expresa una combinatoria específica de proteínas de superficie que la diferencia de las otras neuronas», explica Marta Morey.

Esquema que muestra interacciones moleculares entre diferents miembros de las familias Dpr (verde) y DIP (rojo) específicos para las diferentes parejas sinápticas (células verdes y rojas).

Esquema que muestra interacciones moleculares entre diferents miembros de las familias Dpr (verde) y DIP (rojo) específicos para las diferentes parejas sinápticas (células verdes y rojas).

Después, los investigadores compararon los patrones de expresión entre las neuronas estudiadas. Descubrieron que la expresión combinatorial de Dpr en los diferentes tipos neuronales concuerda con la expresión de los miembros de la familia DIPS, con los que interactúan, en unos subgrupos de las neuronas con las que establecen conexiones. «La función de estas familias de proteínas no se conocía; nuestro trabajo propone que son candidatas a regular la especificidad sináptica entre neuronas», afirma la investigadora.

Un paso adelante para entender el origen de las enfermedades neurológicas

Según los investigadores, trasladar a otros vertebrados este conocimiento y los principios generales descubiertos en organismos modelo como Drosophila nos puede ayudar a desvelar el origen de enfermedades neurológicas que podrían deberse a defectos en la especificidad sináptica, como el autismo o la esquizofrenia.

La comprensión de esta especificidad también es esencial para el futuro desarrollo de terapias de reconstrucción de circuitos neurales a partir de neuronas derivadas de células madre. En este proceso, es imprescindible asegurar que cada una de las neuronas de nueva incorporación sean capaces de reconocer con quiénes han de establecer conexiones para asegurar el funcionamiento correcto del circuito neural que se repara. «En el momento de generar estas neuronas, será necesario que contengan su batería específica de moléculas, lo que les permitirá reconocer con quién establecer conexiones. Por tanto, necesitamos conocer cuáles son las estrategias moleculares y la lógica detrás de la especificidad sináptica», concluye la investigadora.

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Referencia del artículo:

L. Tan, K. Xi Zhang, M. Y. Pecot, S. Nagarkar-Jaiswal, P. Lee, S. Takemura, J. M. McEwen, A. Nern, S. Xu, W. Tadros, Z. Chen, K. Zinn, H. J. Bellen, M. Morey, y S. L. Zipursky. «Ig Superfamily Ligand and Receptor Pairs Expressed in Synaptic Partners in Drosophila». Cell, diciembre 2015. Doi: 10.1016/j.cell.2015.11.021

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