La actividad neuronal modula la formación de sinapsis en el axón de la PDE en desarrollo. a, Representación esquemática y barrido lineal del axón de la PDE y sus sinapsis marcadas mediante un enfoque combinatorio. La FLP-on endógena (FRT) GFP::ELKS-1 marca las zonas activas y la FLP-on endógena (FRT3) mScarlet::TBA-1 marca los microtúbulos (para la morfología del axón) cuando se combina con un transgén que expresa una flipasa específica de dopaminérgico (dat-1p::FLP). b, Arriba: representación esquemática de experimentos de silenciamiento de la PDE. Los animales transgénicos que expresaban dat-1p::HisCl1 se colocaron en un medio que contenía histamina en la etapa L2 y se tomaron imágenes en la etapa L4. Abajo: representación esquemática de experimentos de excitación de la PDE. Los animales transgénicos que expresaban dat-1p::ChR2 fueron sometidos a luz azul en la etapa L2 o L4 y se obtuvieron imágenes 2 h o 48 h después del tratamiento. Este esquema fue creado con BioRender.com. c, Barridos lineales de ELKS-1 en el axón PDE de animales portadores de wyEx8629(dat-1p::HisCl), tratados con 0 mM o 10 mM de histamina. d, Cuantificación de ELKS-1 en PDE de animales mostrados en c (n = 14 para ambas condiciones). e, Barridos lineales de ELKS-1 en el axón PDE de animales portadores de wyEx10629(dat-1p::ChR2), tratados con o sin luz azul. f, Cuantificación de ELKS-1 de animales mostrados en e (n = 19 para ambas condiciones). Crédito: Neurociencia de la naturaleza (2024). DOI: 10.1038/s41593-024-01728-x
Las sinapsis son uniones a través de las cuales las neuronas se comunican entre sí o con otros tipos de células. Las sinapsis se forman a lo largo de la vida de una persona, pero su fuerza y número cambian con el tiempo, un fenómeno conocido como plasticidad sináptica.
Aunque los estudios neurocientíficos anteriores han arrojado mucha luz sobre la composición y la función de las sinapsis, los mecanismos genéticos que organizan su formación siguen siendo poco conocidos. Los hallazgos experimentales sugieren que la actividad de las neuronas desempeña un papel clave en la formación de sinapsis, pero la interacción entre esta actividad y los mecanismos genéticos sigue siendo muy poco explorada.
Recientemente, investigadores de la Universidad de Stanford, la Universidad de Stony Brook y otros institutos de Estados Unidos realizaron un estudio cuyo objetivo era llenar este vacío en la literatura, examinando las neuronas dopaminérgicas del organismo multicelular Caenorhabditis elegans. Su artículo, publicado en Neurociencia de la naturalezarevela un programa genético sólido que podría ser la base de la formación de sinapsis a través de la actividad neuronal.
«Aunque la composición molecular y la arquitectura de las sinapsis han sido ampliamente exploradas, se sabe mucho menos sobre qué programas genéticos activan directamente la expresión génica sináptica y cómo se modulan», escribieron Callista Yee, Yutong Xiao y sus colegas en su artículo. «Usando neuronas dopaminérgicas de Caenorhabditis elegans, revelamos que EGL-43/MECOM y FOS-1/FOS controlan un programa de sinaptogénesis dependiente de la actividad».
Yee, Xiao y sus colegas propusieron la idea de que los genes sinápticos están controlados por dos mecanismos diferentes. Uno de ellos consiste en programas que regulan los patrones de expresión genética durante el desarrollo, mientras que el otro depende de la actividad neuronal.
Su reciente estudio tenía como objetivo comprender mejor cómo estos dos mecanismos diferentes convergen para favorecer la formación de sinapsis durante el desarrollo. Para ello, realizaron experimentos con Caenorhabditis elegans, un pequeño gusano redondo que se utiliza a menudo como organismo modelo en la investigación biológica.
Los investigadores modularon la actividad de las neuronas dopaminérgicas de este organismo mediante técnicas optogenéticas y quimiogenéticas, para luego observar cómo esto impactaba en la expresión de proteínas presinápticas. Los resultados obtenidos sugieren que la actividad neuronal jugó un papel clave en la formación de sinapsis.
Posteriormente, el equipo se propuso identificar programas genéticos regulados por la actividad neuronal que impulsan la formación de sinapsis. Esto los llevó a descubrir dos genes/proteínas que controlan un proceso regulado por la actividad a través del cual se forman nuevas sinapsis, a saber, EGL-43/MECOM y FOS-1/FOS.
«La pérdida de cualquiera de los dos factores reduce gravemente la expresión de proteínas presinápticas», escribieron los investigadores. «Ambos factores se unen directamente a los promotores de los genes sinápticos y actúan junto con los factores de transcripción homeobox CUT para activar la transcripción. egl-43 y fos-1 promueven mutuamente la expresión del otro y el aumento de la afinidad de unión de FOS-1 al locus egl-43 da como resultado un aumento de la expresión de proteínas presinápticas y de la función sináptica. EGL-43 regula la expresión de múltiples factores de transcripción, incluidos los factores regulados por la actividad y los factores de desarrollo que definen múltiples aspectos de la identidad dopaminérgica».
El trabajo reciente de este equipo de investigación demuestra un mecanismo a través del cual la actividad neuronal modula los programas genéticos que controlan la formación de sinapsis en Caenorhabditis elegans. Si bien este mecanismo hasta ahora solo se ha observado en neuronas dopaminérgicas, el equipo cree que existen otros similares en diferentes tipos de neuronas.
En sus próximos estudios, planean estudiar cómo se regula a lo largo del tiempo el programa genético que descubrieron. Además, podrían explorar cómo este programa interactúa con otros procesos moleculares para apoyar la expresión de genes sinápticos.
Más información:
Callista Yee et al, Un programa transcripcional regulado por actividad impulsa directamente la sinaptogénesis, Neurociencia de la naturaleza (2024). Documento de la investigación: 10.1038/s41593-024-01728-x
© 2024 Red Science X
Citación:Un estudio describe un programa genético regulado por la actividad que subyace a la formación de sinapsis durante el desarrollo (31 de agosto de 2024) recuperado el 1 de septiembre de 2024 de https://medicalxpress.com/news/2024-08-outlines-genetic-underlying-formation-synapses.html
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