MADRID, 30 May. (EUROPA PRESS) -
Un estudio conjunto entre investigadores del Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa (OIST), Japón, y el Centro Médico Universitario de Göttingen (UMG), Alemania, ha aplicado un sistema único de modelado computacional que considera la compleja interacción de las vesículas, sus entornos celulares, actividades e interacciones, para crear una imagen realista de cómo las vesículas sustentan la transmisión sináptica.
Tal y como se publica en 'Science Advances', los investigadores han modelado con éxito el ciclo vesicular con un detalle sin precedentes, revelando nueva información sobre el funcionamiento de nuestro cerebro. Este modelo predice parámetros de la función sináptica que no se podían evaluar experimentalmente en el pasado, abriendo nuevas vías en la investigación neurocientífica.
"Los recientes avances tecnológicos han permitido a los científicos experimentales recopilar cantidades cada vez mayores de datos. El reto ahora reside en integrar e interpretar todos los diferentes tipos de datos para comprender las complejidades del cerebro", comenta el profesor Erik De Schutter, jefe de la Unidad de Neurociencia Computacional del OIST y coautor de este estudio.
"Nuestro modelo proporciona un mejor detalle molecular y espacial del ciclo vesicular, y mucho más rápido, que cualquier otro sistema anterior. Además, es transferible a diferentes células y escenarios. Representa un avance significativo hacia las aspiraciones científicas de simulación completa de células y tejidos", explica.
"Llevamos más de 20 años trabajando en sinapsis, pero algunos pasos funcionales eran difíciles de probar experimentalmente. Tras varios años de perfeccionamiento del trabajo experimental y computacional con nuestros colegas japoneses, ahora contamos con un modelo para probar nuevas hipótesis, especialmente en el contexto de las enfermedades neurológicas", añade el profesor Silvio Rizzoli, director del Departamento de Fisiología Neurosensorial y Sensorial de la UMG y también coautor del estudio.
El ciclo vesicular describe los pasos mediante los cuales se liberan neurotransmisores (señales químicas) en una sinapsis (unión entre células nerviosas) para transferir información entre ellas. Las vesículas que contienen neurotransmisores se mueven y se acoplan a la membrana, listas para fusionarse y liberar su contenido, antes de ser recicladas. El proceso se desencadena por estimulación eléctrica cerebral y está impulsado por una compleja cascada de señalización.
Dependiendo de la situación, es necesario liberar diferentes cantidades de neurotransmisores en distintos periodos de tiempo. Para permitir una transmisión sináptica controlada y sostenida, solo entre el 10 % y el 20 % de las vesículas están disponibles para acoplarse en un momento dado (lo que se conoce como reserva de reciclaje). La mayoría de las vesículas se encuentran en una reserva de reserva, inmovilizadas en un grupo. Muchos detalles de este proceso, incluido el modo en que las vesículas se mueven entre la reserva y el depósito de reciclaje, eran poco conocidos.
En su publicación, los investigadores arrojaron nueva luz sobre el proceso de reciclaje de vesículas en las sinapsis del hipocampo. Con su modelo, buscaban confirmar el comportamiento de las vesículas a frecuencias de activación observadas experimentalmente y explorar el comportamiento a frecuencias más altas.
Descubrieron que el ciclo vesicular podía operar a altas frecuencias de estimulación, muy superiores a las que se encuentran normalmente en la naturaleza. También pudieron identificar algunas de las razones de este ciclo robusto, identificando el papel de las proteínas clave sinapsina-1 y tomosina-1 en la regulación de la liberación de vesículas del conjunto de reserva agrupada.
Los investigadores observaron que la eficiencia del ciclo vesicular dependía del anclaje molecular. Al conectar físicamente algunas vesículas a la membrana mediante anclajes, se podía disponer de un suministro cercano de vesículas para un acoplamiento rápido y la liberación de neurotransmisores.
Estos importantes hallazgos permiten una comprensión más profunda del reciclaje vesicular, un proceso que interviene en diversas enfermedades. "Por ejemplo, la liberación de neurotransmisores se ve obstaculizada en el botulismo o en algunos síndromes miasténicos. Los tratamientos para la depresión y otras enfermedades neurológicas importantes también suelen centrarse en la transmisión sináptica", explica el profesor De Schutter. "A medida que ampliamos nuestros modelos, las posibles aplicaciones son enormes, tanto para el desarrollo de nuevas terapias como para profundizar en nuestra comprensión fundamental del funcionamiento del cerebro".
