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Nuevos discernimientos en metabolismo de la neurona de exploraciones del ANIMAL DOMÉSTICO y de MRI

Descubriendo un pedazo crucial de información submicroscópica sobre cómo el cerebro convierte el combustible en la energía para las neuronas, los biofísicos de la Universidad Cornell han espigado nuevos discernimientos en el metabolismo de la neurona que permitirá que los neurólogos interpreten mejor datos de las pruebas diagnósticas tales que la tomografía por emisión de positrones (PET) explora y de una prueba de resonancia magnética especializada (MRI) de la proyección de imagen.

El descubrimiento destapa un fragmento de información dominante se falte que por años sobre metabolismo de la célula -- cómo el dinucleótido compuesto de la adenina de la beta-niconamida (NADH) obra recíprocamente en las mitocondrias. Los investigadores descubrieron que algunas moléculas del NADH están limitadas a otras moléculas en las mitocondrias, mientras que algunas están libres en dos diversas conformaciones. Si el NADH es influencias encuadernadas o libres cuánto es fluorescente en pruebas diagnósticas -- y no conocer esto ha llevado a científicos en el pasado a juzgar mal la cantidad de actividad en células de los nervios.

Las conclusión, publicadas como el papel de la semana en la aplicación del 1 de julio el gorrón de la química biológica (vol. 280), se basan en la investigación en el laboratorio de la biofísica dirigido por el vatio W. Webb, S.B. Eckert profesor en la ingeniería en Cornell. El ejemplo de la tapa del gorrón fue diseñado por Webb con imágenes de su laboratorio de la biofísica de Karl Kasischke, de Harshad Vishwasrao y de Dan Dombeck.

Vishwasrao, el autor importante del estudiante de tercer ciclo de papel y anterior de Webb, podía distinguir entre el salto y las dos formas de estados libres de las moléculas del NADH basadas en el régimen que las moléculas giran, o no gira, durante nanosegundos del tiempo. Él utilizó una técnica desarrollada por Ahmed Heikal (ahora de la universidad de estado de Pennsylvania) en el laboratorio de Webb.

La concentración del NADH se ha utilizado como indicador para el metabolismo de la célula por unos 50 años, pero los niveles dañinos de radiación ultravioleta fueron requeridos para inducir la fluorescencia necesaria para las mediciones. Webb y sus colegas, sin embargo, idearon una técnica hace varios años que eso utiliza brevemente, pulsos intensos del laser del infrarrojo inofensivo en vez de la radiación ultravioleta. La técnica, llamada microscopia de exploración del laser del multifotón (MPLSM), no prohibida las personas de Vishwasrao para medir niveles del NADH en células con los niveles controlados de saturación del oxígeno sin el daño de las células. Y a diferencia de otros métodos, tales como proyección de imagen de resonancia magnética funcional relacionada del nivel del ANIMAL DOMÉSTICO y del oxígeno de la sangre (Intrépida-fMRI), MPLSM puede mostrar simultáneamente cómo la orientación de las moléculas del NADH cambia (midiendo su anisotropía) dentro de fracciones de un nanosegundo.

Los resultados, dijeron a Vishwasrao, ahora becario postdoctoral en la Universidad de Columbia, indican que las moléculas desatadas del NADH giran mucho más rápidamente -- y por lo tanto pierda su fluorescencia más rápidamente -- que las moléculas del NADH.

“Una molécula encuadernada del NADH es alrededor tan brillante como 10 unas libres,” dijo a Vishwasrao. “Cuando primero conseguimos pruebas que hubiera NADH libre, pensamos que incurrimos en una equivocación grande. Pensamos que estábamos locos. Volvimos, y hablamos cuanto más de ella, y más los experimentos que lo hicimos, él se ponían de manifiesto. Otros grupos consideraban la misma cosa.”

Cuando las personas utilizaron los datos para calcular la proporción de moléculas salto-a-libres del NADH en una sección del tejido, encontraron que sus inconsistencias resueltas de los cálculos que habían preocupado a los investigadores por años. “El efecto es bastante grande explicar los problemas con frecuencia considerados,” dijo a Webb.

El NADH es un buen indicador de la actividad de la célula por varias razones. Primero, la molécula es ubicua en las mitocondrias, donde ocurre el metabolismo oxidativo. También es fluorescente naturalmente, que los medios él pueden ser descubiertos sin agregar trazadores o los tintes artificiales. Y porque el NADH se convierte en el proceso metabólico a NAD+ no fluorescente, los investigadores pueden calibrar cuánta oxidación está ocurriendo en una célula basada en su fluorescencia.

Con esta nueva información, Vishwasrao dijo, los científicos y los médicos que estudian los efectos del recorrido, enfermedad de Alzheimer y otras lesiones cerebrales y patologías estarán más bien equipados interpretar datos cuantitativos de técnicas diagnósticas que han estado utilizando -- sin completo la comprensión -- por años.

“El papel de la proyección de imagen del multifotón y de la espectroscopia del NADH no es reemplazar otras técnicas de proyección de imagen,” él dijo, “pero ofrecer bastante un marco microscópico más detallado de la dinámica metabólica del cerebro dentro de la cual las técnicas macroscópicas, tales como Intrépido-fMRI, ANIMAL DOMÉSTICO y lectura óptica, pueden interpretar sus señales descubiertas respectivas.”

El laboratorio de Webb, el recurso de desarrollo para la optoelectrónica biofísica de la proyección de imagen (DRBIO), ha rendido otros avances importantes recientemente. El año pasado, Kasischke, antes de Cornell y ahora de un residente en neurología en Alemania, utilizó MPLSM para tomar el pelo aparte las funciones metabólicas de las neuronas (células nerviosas) y de los astrocytes (las células asteroides que proveen de las neuronas el combustible). El papel de Kasischke llenó un pedazo importante del rompecabezas metabólico mostrando que las neuronas tienen papeles distintos en el proceso metabólico. Sus personas (que Vishwasrao incluido y Webb) encontraron que oxígeno del uso de las neuronas para convertir el hidrato de carbono a la energía (un proceso llamado oxidación) y que los astrocytes golpean con el pie hacia adentro posteriormente al combustible del lactato de la producción (un proceso llamado glicolisis). Esto confirmó una función polémica basada en la hipótesis conocida como la lanzadera del lactato de la astrocyte-neurona, y el encontrar ayudó a investigadores a entender mejor cómo los trabajos de proceso metabólicos sobre un nivel microscópico.

El papel actual de Vishwasrao co-es sido autor por Kasischke, Webb y Heikal.