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Los investigadores desarrollan los sensores optimizados para estudiar apuntalamientos bioquímicos del aprendizaje y de la memoria

El aprendizaje y la memoria son aspectos cruciales de la vida cotidiana. Cuando aprendemos, nuestras neuronas utilizan señales químicas y moleculares de cambiar sus formas y de fortalecer las conexiones entre las neuronas, un proceso conocido como plasticidad sináptica. En el laboratorio de Ryohei Yasuda en el instituto de Max Planck la Florida para la neurología (MPFI), los científicos están trabajando para entender cómo estas moléculas envían mensajes en la neurona. Para lograr esto, sus personas están trabajando constante para desarrollar técnicas de proyección de imagen de alta resolución para visualizar la actividad y la situación de las moléculas implicadas en el proceso. Espiga del Ada, Ph.D., investigador postdoctoral en el laboratorio de Yasuda, nuevos biosensores moleculares desarrollados, que le ayudaron a visualizar la actividad de dos proteínas de transmisión de señales cruciales a la plasticidad sináptica, a ERK y a PKA. Estas proteínas envían mensajes a otras proteínas agregando un grupo del fosfato a las proteínas del objetivo. Las personas encontraron que estas proteínas, que eran sabidas ya para desempeñar un papel en plasticidad, el aprendizaje, y la memoria sinápticos, tienen propiedades asombrosamente en su actividad. El trabajo fue publicado en marzo de 2017 en neurona.

Las dendritas son las extensiones finas que salen de la carrocería de la célula de una neurona y reciben mensajes de otras neuronas. Se ramifican fuera para formar a árbol-como la estructura, cada brazo que amplía típicamente diez de micrómetros. Son revestidas por las espinas dorsales: partes sobresalientes minúsculas que reciben entradas de otras neuronas e inician señales moleculares dentro de la célula. Cuando una espina dorsal se estimula fuertemente, crece y fortalece para codificar memorias. Los científicos han utilizado previamente métodos farmacológicos tradicionales tales como borrar occidental para determinar la actividad de ERK y de PKA hechos un promedio sobre muchas células, pero no han podido visualizar las moléculas directamente en espinas dorsales dendríticas debido a su tamaño pequeño.

Para diseñar los sensores bastante sensibles para visualizar estas moléculas, la espiga creó una nueva molécula de tinte, sREAChet, una oscuridad modificada pero molécula de luz-absorción. Cuando ella conectó el sREAChet a la proteína fluorescente del verde (GFP) y a un péptido del objetivo de la proteína, ella encontró que podría lectura la actividad de la proteína con una sensibilidad 2-3 veces más alta comparada a los sensores anteriores. Esto hizo la sensibilidad suficiente para la actividad de la proyección de imagen en únicas espinas dorsales dendríticas. “Estos sensores serán útiles para los investigadores en un campo amplio de la biología celular desde ERK y PKA están implicados en una variedad de fenómenos en células y su actividad anormal se relaciona con muchas enfermedades incluyendo cáncer y enfermedades mentales,” Yasuda explicado.

Para demostrar la utilidad de los nuevos sensores, las espinas dorsales dendríticas individuales primero estimuladas de las personas de Yasuda, entonces utilizaron un microscopio especial llamado un microscopio del curso de la vida de la fluorescencia de 2 fotones para visualizar cómo la actividad de ERK y de PKA se mueve desde una única espina dorsal. A su sorpresa, las personas encontraron que la actividad de las proteínas no tirante dentro de la espina dorsal individual, sino que extendió mucho más de 10 micrómetros, a lo largo de la dendrita, influenciando espinas dorsales próximas. El extenderse se estima para estar sobre varios diez de micrómetros y potencialmente extiende en un brazo de dendritas. El laboratorio de Yasuda había mostrado previamente que estimular apenas algunas espinas dorsales podría llevar a la activación de ERK en el núcleo, pero no sabían esto fue lograda. Este experimento mostró que después de que estas proteínas se activen en una espina dorsal, el mensaje se extiende fuertemente sobre una distancia y potencialmente alcanza el núcleo. “Encontrar que la activación de PKA y de ERK en espinas dorsales se está extendiendo para varios diez de micrómetros es ciertamente un descubrimiento asombrosamente para el campo,” dijo espiga.

Las personas han visualizado un paso importante en el proceso, pero todavía hay mucho por hacer a entender los apuntalamientos bioquímicos del aprendizaje y de la memoria.