Un increíble descubrimiento sobre el cerebro de los mamíferos sorprende a los investigadores
Una enzima vital se enciende y se apaga de forma aleatoria, incluso haciendo descansos de horas
En un nuevo avance para comprender mejor el cerebro de los mamíferos, investigadores de la Universidad de Copenhague han hecho un descubrimiento increíble. En concreto, una enzima vital que permite las señales cerebrales se enciende y apaga al azar, incluso haciendo "pausas de trabajo" de varias horas. Estos descubrimientos pueden tener un gran impacto en nuestra comprensión del cerebro y en el desarrollo de productos farmacéuticos.
La ilustración de portada muestra las adenosintrifosfatasas de tipo vacuolar (V-ATPasas, grandes estructuras azules) en una vesícula sináptica de una célula nerviosa del cerebro de los mamíferos
C. Kutzner, H. Grubmüller and R. Jahn/Max Planck Institute for Multidisciplinary Sciences.
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Millones de neuronas se envían constantemente mensajes entre sí para dar forma a los pensamientos y recuerdos y permitirnos mover el cuerpo a voluntad. Cuando dos neuronas se encuentran para intercambiar un mensaje, los neurotransmisores son transportados de una neurona a otra con la ayuda de una enzima única.
Este proceso es crucial para la comunicación neuronal y la supervivencia de todos los organismos complejos. Hasta ahora, los investigadores de todo el mundo pensaban que estas enzimas estaban activas en todo momento para transmitir señales esenciales de forma continua. Pero esto dista mucho de ser así.
Utilizando un método innovador, los investigadores del Departamento de Química de la Universidad de Copenhague han estudiado de cerca la enzima y han descubierto que su actividad se enciende y apaga a intervalos aleatorios, lo que contradice nuestra comprensión anterior.
"Es la primera vez que alguien estudia estas enzimas cerebrales de los mamíferos molécula a molécula, y estamos asombrados por el resultado. En contra de la creencia popular, y a diferencia de muchas otras proteínas, estas enzimas pueden dejar de funcionar durante minutos u horas. Aun así, los cerebros de los humanos y otros mamíferos son milagrosamente capaces de funcionar", afirma el profesor Dimitrios Stamou, que dirigió el estudio desde el centro de Sistemas Celulares de Ingeniería Geométrica del Departamento de Química de la Universidad de Copenhague.
Hasta ahora, estos estudios se realizaban con enzimas muy estables procedentes de bacterias. Con el nuevo método, los investigadores investigaron por primera vez enzimas de mamíferos aisladas del cerebro de ratas. El estudio se publica hoy y ocupa la portada de la revista científica Nature.
La conmutación de enzimas puede tener implicaciones de gran alcance para la comunicación neuronal
Las neuronas se comunican mediante neurotransmisores. Para transferir mensajes entre dos neuronas, los neurotransmisores se bombean primero en pequeñas vejigas de membrana (llamadas vesículas sinápticas). Las vesículas actúan como contenedores que almacenan los neurotransmisores y los liberan entre las dos neuronas sólo cuando es el momento de entregar un mensaje.
La enzima central de este estudio, conocida como V-ATPasa, se encarga de suministrar la energía para las bombas de neurotransmisores en estos contenedores. Sin ella, los neurotransmisores no serían bombeados a los contenedores, y éstos no podrían transmitir mensajes entre las neuronas.
Pero el estudio demuestra que en cada contenedor sólo hay una enzima; cuando esta enzima se apaga, no habría más energía para impulsar la carga de neurotransmisores en los contenedores. Se trata de un descubrimiento totalmente nuevo e inesperado.
"Es casi incomprensible que el proceso extremadamente crítico de carga de neurotransmisores en los contenedores se delegue en una sola molécula por contenedor. Sobre todo cuando descubrimos que el 40% de las veces estas moléculas están desconectadas", afirma el profesor Dimitrios Stamou.
Estos hallazgos plantean muchas preguntas intrigantes:
"¿Apagar la fuente de energía de los contenedores significa que muchos de ellos están realmente vacíos de neurotransmisores? ¿Una gran fracción de contenedores vacíos tendría un impacto significativo en la comunicación entre las neuronas? Si es así, ¿se trataría de un "problema" que las neuronas evolucionaron para sortear, o podría ser una forma totalmente nueva de codificar información importante en el cerebro? Sólo el tiempo lo dirá", afirma.
Un método revolucionario para detectar fármacos en la V-ATPasa
La enzima V-ATPasa es una importante diana farmacológica porque desempeña un papel fundamental en el cáncer, la metástasis del cáncer y otras enfermedades potencialmente mortales. Por lo tanto, la V-ATPasa es un objetivo lucrativo para el desarrollo de fármacos contra el cáncer.
Los ensayos existentes para detectar fármacos para la V-ATPasa se basan en promediar simultáneamente la señal de miles de millones de enzimas. Conocer el efecto medio de un fármaco es suficiente siempre que una enzima funcione constantemente en el tiempo o cuando las enzimas trabajan juntas en gran número.
"Sin embargo, ahora sabemos que ninguna de las dos cosas es necesariamente cierta para la V-ATPasa. En consecuencia, de repente se ha vuelto fundamental disponer de métodos que midan el comportamiento de las V-ATPasas individuales para comprender y optimizar el efecto deseado de un fármaco", afirma el primer autor del artículo, el Dr. Elefterios Kosmidis, del Departamento de Química de la Universidad de Copenhague, que dirigió los experimentos en el laboratorio.
El método desarrollado aquí es el primero que puede medir los efectos de los fármacos en el bombeo de protones de moléculas individuales de V-ATPasa. Puede detectar corrientes más de un millón de veces más pequeñas que el método de pinza de parche estándar.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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