Un equipo de investigación descubre el mecanismo que regula la expresión local de moléculas clave en el desarrollo del cerebro y las enfermedades neurodegenerativas.
Las enfermedades neurológicas del cerebro como la demencia, el autismo y la esquizofrenia son ahora un problema social creciente. Sin embargo, los estudios sobre su causa definitiva aún son insuficientes. Recientemente, un equipo de investigación de POSTECH ha identificado el mecanismo en el que se producen tales enfermedades neurológicas, resolviendo así el enigma para tratarlas.
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En el caso de las enfermedades neurológicas del cerebro, surgen problemas cuando ciertos efectos modifican la plasticidad sináptica y las transmisiones de señales del factor neurotrófico derivado del cerebro (BDNF), que tiene un efecto profundo en el desarrollo y diferenciación de las neuronas. La información entre las células nerviosas se transfiere a través de sinapsis, donde la actividad sináptica y la estructura sináptica se cambian y regulan dinámicamente de acuerdo con los estímulos. Durante este momento, el BDNF tiene efectos prominentes sobre la supervivencia y la plasticidad sináptica de las células nerviosas. Cuando funciona mal, no solo interfiere con el intercambio fluido de información entre las células cerebrales, sino que también destruye las neuronas, lo que conduce a problemas de aprendizaje y memoria.
El profesor Kyong-Tai Kim y el Dr. Young-Seop Jeong de la División de Biociencias y Biotecnología Integrativas de POSTECH han identificado el mecanismo por el cual el BDNF regula la expresión local de los receptores AMPA, que son importantes para la función sináptica de las células nerviosas. Los hallazgos del estudio se publicaron en la edición de noviembre de Science Advances.
Receptores AMPA
Los receptores AMPA son receptores de canales iónicos sobre los que actúa el ácido glutámico y son responsables de las señales neuronales excitadoras. Se encuentran en las espinas de las dendritas de las células nerviosas y transmiten señales cuando reconocen el ácido glutámico secretado en las sinapsis. Para la plasticidad sináptica, es normal que los receptores AMPA se sinteticen localmente y se trasloquen de manera eficiente a la membrana postsináptica de acuerdo con la fuerza, duración y frecuencia de la estimulación neural. Ya se conocía la presencia del ARNm del receptor AMPA en las dendritas, pero hasta ahora se desconocía el mecanismo de cómo este ARNm se traduce en una proteína receptora.
El equipo de investigación descubrió que existe una actividad en el sitio de entrada del ribosoma interno (IRES) en la región 5 ‘no traducida del ARNm del receptor de AMPA y, a diferencia del método general, la traducción de proteínas aumenta cuando una proteína hnRNP A2 / B1 – una unión de ARN proteína – se une a este sitio.
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Se confirmó que el ARNm del receptor AMPA, creado por transcripción desde el núcleo, se mueve hacia las dendritas y espera allí hasta que ocurre una simulación para producir rápidamente proteínas receptoras en respuesta a diversos estímulos. En particular, cuando el BDNF estimula las células nerviosas, aumenta la cantidad de hnRNP A2 / B1, promoviendo así la síntesis de proteínas receptoras de AMPA. Estas proteínas sintetizadas localmente en las sinapsis llevan a cabo de manera eficiente la transducción de señales neurales.
“Este es un estudio que reveló un mecanismo clave de plasticidad sináptica para prevenir los trastornos del desarrollo cerebral o la degeneración de las células nerviosas del cerebro“, explicó el profesor Kyong-Tai Kim, quien dirigió el estudio. “Esperamos proporcionar pistas importantes para el tratamiento del desarrollo o enfermedades cerebrales degenerativas como el autismo y la demencia en el futuro“.
Fuente y referencias
Fuente original e imagen: Pohang University of Science & Technology (POSTECH)
Referencia del estudio:
Youngseob Jung, Ji-Young Seo, Hye Guk Ryu, Do-Yeon Kim, Kyung-Ha Lee, Kyong-Tai Kim. BDNF-induced local translation of GluA1 is regulated by HNRNP A2/B1. Science Advances, 2020; 6 (47): eabd2163 DOI: 10.1126/sciadv.abd2163