Una nueva tecnología permite a los investigadores rastrear los ‘interruptores’ de las células cerebrales

Una nueva tecnología permite a los investigadores rastrear los ‘interruptores’ de las células cerebrales

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Los niveles de PDH fosforilada (verde) aumentaron significativamente en las células cerebrales de los ratones después de que los ratones fueron anestesiados durante dos horas (derecha), lo que muestra una inhibición de las neuronas. Crédito: Investigación Scripps

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Los niveles de PDH fosforilada (verde) aumentaron significativamente en las células cerebrales de los ratones después de que los ratones fueron anestesiados durante dos horas (derecha), lo que muestra una inhibición de las neuronas. Crédito: Investigación Scripps

Durante décadas, los científicos han estudiado los complejos patrones de actividad del cerebro humano y animal observando cuándo se activan diferentes grupos de células cerebrales. Sin embargo, igual de importante para comprender el cerebro y las enfermedades relacionadas es cuánto tiempo permanecen activas estas neuronas y cuándo se apagan nuevamente.

Ahora, los científicos de Scripps Research han desarrollado una nueva tecnología que les permite saber cuándo, después de un estallido de actividad, las células cerebrales se apagan, un proceso conocido como inhibición. La técnica, publicada en Neurona, ofrece una nueva forma de estudiar no sólo la función cerebral normal, sino también cómo los “interruptores de apagado” del cerebro pueden funcionar mal en comportamientos normales, así como en enfermedades y trastornos, incluida la depresión, el trastorno de estrés postraumático y la enfermedad de Alzheimer. El artículo se titula “La fosforilación de la piruvato deshidrogenasa está inversamente asociada con la actividad neuronal”.

“En general, se acepta que la inhibición de las neuronas es en realidad la forma principal en que el cerebro regula la actividad”, dice el autor principal Li Ye, Ph.D., profesor y catedrático Abide-Vividion en Scripps Research. “Los científicos han estado buscando una manera de examinar la inhibición de una manera más rastreable y, hasta ahora, pocos la han encontrado”.

Para ser pionero en este nuevo enfoque, Ye se asoció con John Yates, profesor de medicina molecular en Scripps Research. Querían estudiar cómo cambiaban las células cerebrales cuando estaban disparando activamente (emitiendo una carga eléctrica para transmitir mensajes a sus vecinos) en comparación con cuando habían terminado de disparar.

Los científicos han utilizado la optogenética, en la que la actividad de las células se puede controlar mediante luz, para activar e inhibir las células repetidamente. A continuación, midieron los niveles y características de diferentes proteínas y sus modificaciones. Identificaron que una proteína, la piruvato deshidrogenasa (PDH), cambiaba muy rápidamente inmediatamente después de la inhibición de las células cerebrales.

“Cuando las neuronas están funcionando, se necesita mucha energía, y esta proteína PDH participa en la producción de esa energía”, dice Ye. “Pero el cerebro realmente quiere conservar energía, por lo que cuando una célula termina de funcionar, descubrimos que el cerebro desactiva rápidamente la proteína PDH. Esto sucedió mucho más rápido que cualquier cosa que hayamos visto en la ciencia”.

Para desactivar la PDH, encontraron los investigadores, las células agregan etiquetas moleculares llamadas fosfatos a la proteína. Ye y sus colegas descubrieron anticuerpos que reconocían sólo esta forma fosforilada e inactiva de PDH (pPDH).

Para probar si los niveles de PDH fosforilada (o pPDH) podrían usarse como indicador de la inhibición de las células cerebrales, el equipo de Ye usó estos anticuerpos para medir el pPDH en ratones anestesiados. Casi todo el cerebro se iluminó con altos niveles de pPDH, lo que muestra correctamente cómo la mayor parte del cerebro está inactivo durante la anestesia.

El grupo también estudió los niveles de pPDH cuando los animales fueron expuestos a una luz brillante que luego se apagó. Las células cerebrales de la corteza visual, responsables de la visión, tenían niveles bajos de pPDH cuando se exponían a la luz (porque la forma activa de PDH sería necesaria para proporcionar energía de señalización a estas células), pero los niveles altos de proteínas fosforiladas aumentaron inmediatamente después de la luz. estaba fuera.

El grupo de Ye también utilizó la nueva técnica para estudiar un proceso menos comprendido: cómo el cerebro apaga la sensación de hambre después de una comida. Mostraron cómo las células cerebrales relacionadas con el apetito se desactivan cuando un ratón empieza a comer. Estos resultados podrían tener implicaciones para comprender mejor el apetito, la obesidad y ciertos medicamentos para bajar de peso. En términos más generales, los anticuerpos pPDH podrían usarse para comparar los niveles de inhibición de las células cerebrales en personas sanas y en personas con diversas enfermedades cerebrales y metabólicas.

“Esta tecnología puede ayudarnos a responder muchas preguntas”, afirma Ye. “Si el cerebro no puede apagar las células, o si se apagan más rápido o más lento de lo habitual, ¿qué sucede? ¿Cómo juega un papel la inhibición de las neuronas en diferentes enfermedades?”

Ye y sus colegas continúan perfeccionando el uso de pPDH, pero dicen que otros investigadores ya están utilizando la tecnología: los anticuerpos utilizados para medir pPDH están disponibles comercialmente.

Más información:
La fosforilación de la piruvato deshidrogenasa está inversamente asociada con la actividad neuronal, Neurona (2024). DOI: 10.1016/j.neuron.2023.12.015. www.cell.com/neuron/fulltext/S0896-6273(23)00974-1

Información de la revista:
Neurona

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