Descubren una proteína clave en la transmisión de impulsos nerviosos al cerebro

Científicos de la Universidad del Estado de Ohio, en Estados Unidos, han resuelto un misterio que data de largo del sistema nervioso central, que muestra cómo una proteína clave llega al lugar adecuado para lanzar los impulsos eléctricos que permiten la comunicación de las señales nerviosas desde y hacia el cerebro.

Los impulsos nerviosos son críticos, ya que se requieren para que las neuronas envíen información sobre los sentidos, el movimiento, el pensamiento y el sentimiento a otros tipos de células en los circuitos neuronales. Un impulso no se dispara una sola vez, sino que se inicia y luego es transmitido en repetidas ocasiones a lo largo de los axones (extensiones largas y delgadas de cuerpos de células nerviosas) para mantener los mensajes del sistema nervioso estables durante su rápido recorrido.

Por ejemplo, si se toca una estufa caliente con el dedo, los impulsos nerviosos apoyan la comunicación rápida entre las células nerviosas en la mano y el cerebro, de modo que evitan una quemadura grave.Esta nueva investigación revela una parte del proceso que no se entendía antes acerca de cómo un “motor molecular” ayuda a colocar el generador de impulsos en su lugar apropiado en un axón para llevar a cabo este trabajo vital.

“Este estudio resuelve una cuestión muy fundamental. Si estos canales de proteínas no se enganchan a los nervios, no sucede nada. Tienen que ser entregados e insertados en el axón para funcionar correctamente”, subraya Chen Gu, profesor asistente de Neurología en la Universidad Estatal de Ohio y autor principal del artículo que se publicará en la edición impresa del 27 de enero de ‘Developmental Cell’.

Como la mayoría de las proteínas, la molécula que inicia los impulsos nerviosos se genera en el cuerpo celular de una neurona o una célula nerviosa. Pero esta proteína, llamada canal iónico de sodio, hace su trabajo dentro y entre los segmentos aislados de los axones. Desde que los impulsos nerviosos se descubrieron en la década de 1950, los científicos han sido incapaces de describir cómo el canal de sodio llega a donde tiene que ser para iniciar estas señales eléctricas.

Investigaciones anteriores habían demostrado que el canal de sodio se ancla a los axones a través de otra proteína. En este nuevo estudio, los científicos de la Universidad del Estado de Ohio identificaron una tercera molécula en el proceso: una proteína motora que crea una fuerza mecánica para mover el canal de sodio y su proteína pareja desde el cuerpo celular al axón.

La investigación podría ayudar a explicar los orígenes más profundos de muchos trastornos neurológicos, desde la esclerosis múltiple y la enfermedad de Parkinson a las lesiones de la médula espinal y el cerebro, que suceden por el mal funcionamiento o la degeneración de los axones y la resultante señalización eléctrica inadecuada.

Gu es un experto desde hace mucho tiempo en la investigación sobre el canal de iones potasio, que está en el otro extremo de un impulso nervioso. Este canal apaga la señal, dejando el resto del axón y prepara la llegada del siguiente impulso. Su grupo de científicos ya ha obtenido una profunda comprensión de cómo los canales de potasio se enganchan en el axón.

El equipo de investigación encontró accidentalmente la unión entre el anclaje y las proteínas motoras hace varios años, lo que finalmente condujo al descubrimiento de este mecanismo de transporte relacionado con el canal de sodio. Este canal es difícil de estudiar debido a que es una molécula grande y compleja en relación con otros actores implicados en el proceso.

La proteína de anclaje, llamada ankyrin-G, es conocida por estar atada a proteínas de los canales de sodio una vez que alcanzan los axones. Es un adaptador de proteínas que ayuda a otras moléculas a conectarse y se concentra en los axones cerca del cuerpo celular, así como en las regiones llamadas nodos de Ranvier, que son espacios entre los segmentos de los axones. Estos huecos son importantes para la transmisión de señales debido a que los impulsos nerviosos deben saltar a través de ellos para mantener el flujo de la comunicación.

El motor de la proteína, llamada quinesina-1, se engancha con ankyrin-G al mismo tiempo que ankyrin-G se une al canal de sodio. Como una proteína motora, quinesina-1 puede producir la fuerza mecánica, haciendo uso de una fuente de energía específica en las células. En un escenario inusual, tanto el canal de sodio como quinesina-1 pueden conectarse con ankyrin-G en el mismo tiempo usando múltiples sitios de unión.

“Esto permite a ankyrin-G unirse al canal de sodio y la proteína motora de forma simultánea para que puedan formar un complejo. Ankyrin-G desempeña su papel adaptador mediante la carga del canal de sodio en la proteína motora. Entonces, la proteína puede actuar como una portadora de carga, transportando los canales de sodio en el axón”, explica Gu.

Los investigadores confirmaron este proceso mediante la observación de las tres proteínas que viajan juntas a lo largo de un axón utilizando imágenes de células vivas, así como en estudios con animales. Los ratones que carecen de ankyrin-G en el cerebelo no podían mover los canales de sodio y la inyección de una pieza de la molécula de quinesina-1 en el cerebro de ratones normales interfirió con la interacción de tres vías de proteínas, también dejando las proteínas de los canales de sodio atrapadas en el cuerpo de la célula.

“Hemos identificado las interacciones proteína-proteína entre tres moléculas muy importantes y conservadas evolutivamente. Asimismo, hallamos que si dañamos la interacción mediante diferentes estrategias, no se transportará el canal de sodio”, argumenta Gu.

Fuente: europapress

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