Descubren cómo funcionan los cilios olfativos para comunicarnos los olores

Publicado 03/01/2019 6:59:37CET
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MADRID, 3 Ene. (EUROPA PRESS) -

Entre las dificultades de la investigación está descubrir cómo funciona algo cuando ocurre en un espacio más pequeño que un femtolitro: un cuatrillionito de un litro. Ahora, científicos han usado una combinación de modelado matemático, electrofisiología y simulaciones por ordenador para explicar cómo las células se comunican de manera efectiva en espacios altamente restringidos, como los cilios olfativos, donde tiene lugar la detección de olores.

Los hallazgos aportarán información para estudios futuros de señalización y comunicación celular en el sistema olfativo y también en otros espacios confinados del sistema nervioso. "Los canales iónicos y cómo cambian sus corrientes las concentraciones de iones dentro de las células son muy difíciles de estudiar. Nuestro enfoque basado en modelos nos permite entender mejor no solo cómo funciona el olfato, sino también la función de pequeñas terminaciones nerviosas como las dendritas", dice el autor del estudio, Johannes Reisert, fisiólogo de células del Centro Monell, en Filadelfia, Estados Unidos.

En el estudio, publicado en la edición digital antes de la publicación impresa en 'Proceedings of the National Academy of Sciences', los científicos se preguntaron por qué las células receptoras olfativas se comunican con el cerebro mediante una serie de eventos eléctricos fundamentalmente diferentes a los utilizados por las células sensoriales en los sistemas visual o auditivo.

El olfato comienza cuando, en un proceso similar a un encaje clave en una cerradura, una molécula química en el aire viaja a través del moco nasal para unirse con un receptor olfativo incrustado en la pared de una célula nerviosa dentro de la nariz. Los receptores olfativos se ubican en los cilios, estructuras alargadas como hilos súper delgados de menos de 0,000004 pulgadas de diámetro, que se extienden desde la célula nerviosa hasta la mucosidad.

UNA COMPLEJA CASCADA MOLECULAR

El acto de unión del receptor de olores inicia una cascada molecular compleja dentro de la célula olfativa, conocida como transducción, que hace que el nervio envíe una señal eléctrica para informar al cerebro que se ha detectado un olor. El proceso de transducción culmina con la apertura de poros llamados canales iónicos, ubicados en la pared de la célula nerviosa.

Los poros abiertos permiten que las moléculas cargadas eléctricamente (iones) positivas o negativas entren y salgan de la célula. En última instancia, esto cambia la carga eléctrica general de la célula a un estado menos negativo, que es lo que inicia la señal celular al cerebro.

La mayoría de los canales iónicos son selectivos para un ión específico, incluidos los iones de sodio cargados positivamente (Na +) o el cloruro cargado negativamente (Cl-). El flujo de un ion a través de su canal en cualquier dirección genera una corriente eléctrica.

Las células receptoras en los sistemas tanto visual como auditivo dependen de las corrientes de iones positivos que fluyen hacia el interior para provocar una señal eléctrica. En contraste, el sistema olfativo también se basa en corrientes de iones negativos que fluyen hacia afuera.

Al utilizar múltiples enfoques para desarrollar un modelo comprobable de transducción olfativa y corrientes iónicas, Reisert y su colaborador, el neurocientífico computacional Jürgen Reingruber, de la 'Ecole Normale Supérieure' de París, en Francia, pudieron explicar por qué el sistema olfativo funciona de manera diferente. Los científicos demostraron que confiar en Cl- en lugar de Na + como parte de la cascada de transducción ofrece varias ventajas que permiten a las células olfativas responder a los olores de manera más consistente.

Una restricción a la que se enfrenta el sistema olfativo es que las concentraciones de Na + y otros iones positivos en el moco fuera de las células olfativas varían dramáticamente en función del entorno externo de la nariz. Esto dificulta que las células olfativas dependan de las corrientes de Na + originadas externamente como un componente fiable de la respuesta de transducción. Las células olfativas contrarrestan este problema utilizando una corriente de Cl que se origina dentro de la célula, donde las concentraciones de iones son más estables, lo que hace que la corriente de Cl sea más fiable en general.

"Imagina que has estado nadando en el océano y que tu nariz está bañada en agua salada. Eso significa que hay mucho más sodio fuera de las células olfativas, pero deben poder funcionar de manera fiable si acabas de nadar en el océano o estás sentado en tu cocina --dice Reisert--. Reemplazar la corriente de Na + de origen externo con iones Cl- que se mueven desde el interior de la célula hacia el exterior resuelve ese problema".

Los modelos también mostraron que el uso de las corrientes de iones de Cl que fluyen hacia el exterior permite que las células olfativas protejan el espacio intracelular infinitesimal de los cilios, que es donde se produce la transducción olfativa. Estos hallazgos explican cómo el sistema olfativo puede funcionar de manera fiable a pesar de las difíciles condiciones físicas de un entorno externo inestable y el pequeño volumen ciliar. Este enfoque de modelado se puede utilizar ahora para investigar cuestiones similares en otras partes del sistema nervioso.