Científicos capturan por primera vez imágenes del receptor cerebral principal en acción

Investigadores del Medical Center (CUMC) de Columbia University han capturado por primera vez imágenes en tres dimensiones del receptor del glutamato subtipo-AMPA en acción. El receptor, que regula la mayoría de señales eléctricas del cerebro, está envuelto en muchas actividades cerebrales importantes, incluyendo la memoria y el aprendizaje.

Los hallazgos han sido publicados hoy mismo en la revista Nature. «Con estos nuevos halllazgos podemos ahora, por primera vez, visualizar cómo el neurotransmisor glutamato abre los canales de iones del receptor glutamato«, asegura el doctor en medicina Alexander Sobolevsky, profesor asociado de bioquímica y biofísica molecular en Columbia, y autor senior del estudio. «Este es el proceso fundamental que afecta directamente al aprendizaje y la memoria, y hallar sus determinantes estructurales ha sido el principal objetivo de la neurociencia molecular desde los años noventa«.

La mayoría de la señalización cerebral está controlada por el glutamato, un neurotransmisor que activa las proteínas de la superficie de las neuronas, llamados receptores glutamato. Estos receptores subyacen tras una gran variedad de funciones cognitivas, incluyendo el aprendizaje y la memoria. Los receptores AMPA son receptores glutamato que se abren y cierran muy rápidamente -en menos de un milisegundo- y están involucrados en los procesos cerebrales rápidos, como la percepción rápida y las reacciones de un organismo al ambiente que le rodea.

Anteriormente a ésto, el laboratorio de Sobolevsky ya había descifrado la estructura de los receptores AMPA solos y en colaboración con otras proteínas que regulan la velocidad y la fortaleza de las conexiones sinápticas. En este último estudio, los investigadores capturaron al receptor AMPA en plena acción, y puede verse cómo el glutamato activa el receptor para permitir a los iones fluir a lo largo de un canal para iniciar la señalización cerebral. Ésto proporciona la primera prueba clara de cómo los receptores median en la función cerebral.

Para congelar al receptor AMPA en un estado activo, los investigadores lo fusionaron con stargazin, una proteína reguladora que provoca la apertura del canal. Las imágenes capturadas muestran que, cuando moléculas señalizadoras como el glutamato están presentes, la entrada del receptor AMPA, que consiste en cuatro unidades, se abre como si fuese el iris de una cámaara, o apertura, para revelar su poro de entrada. Para dirigir a los iones a través suyo, el receptor se amplía el diámetro de su canal y su revestimiento empuja los iones hacia la célula.

«Estos descubrimientos fundamentales tienen implicaciones en nuestra comprensión de la neurotransmisión del glutamato, el principal agente transmisor de nuestro cerebro«, afirma el doctor Edward C. Twomey, primer autor del estudio. «Comprender este proceso tendrá impacto en futuros estudios sobre la señalización del glutamato en el tratamiento de enfermedades degenerativas  en el diseño de medicamentos.»

Para estudiar el receptor, el equipo de Sobolevksy utilizó la microscopía crioelectrónica, una técnica que captura un grupo de imágenes bidimensionales de una molécula  las combina con una imagen estructural en tres dimensiones. El método fue desarrollado por el coautor y doctor Joachim Frank, profesor de bioquímica y biofísica molecular en CUMC.

Los defectos en los receptores de glutamato están implicados en desórdenes neurodegenerativos como el Alzheimer o el Parkinson, la enfermedad de Huntington, la esclerosis múltiple y el glaucoma. También en desórdenes psiquiátricos como la ansiedad, la depresión y esquizofrenia. También en transtornos agudos como el trauma cerebral y los accidentes cerebrovasculares.

Fuente: Nature.