Puede una proteína que se encuentra en un mosquito conducir a una mejor comprensión del funcionamiento de nuestro propio cerebro? El profesor Ofer Yizhar y su equipo tomaron una proteína sensible a la luz derivada de mosquitos y la utilizaron para diseñar un método mejorado para investigar los mensajes que se transmiten de neurona a neurona en el cerebro de los ratones.
Este método, publicado en Neuron, podría ayudar a los científicos a resolver antiguos misterios cerebrales que podrían allanar el camino para terapias nuevas y mejoradas para tratar afecciones neurológicas y psiquiátricas.
Métodos optogenéticos:
Yizhar y su equipo de laboratorio desarrollan los llamados métodos optogenéticos.
Estas son técnicas de investigación que les permiten realizar una «ingeniería inversa» de la actividad de circuitos cerebrales específicos para comprender mejor su función.
La optogenética utiliza proteínas conocidas como rodopsinas para controlar la actividad de las neuronas en el cerebro del ratón.
Las rodopsinas son proteínas sensibles a la luz. Son más conocidas por su función en órganos como la retina que en los rincones oscuros internos del cuerpo.
Pero las rodopsinas en el cerebro de los ratones de Yizhar le permiten controlar la actividad de neuronas específicas cuando él y su equipo proyectan un minúsculo haz de luz en el cerebro del ratón.
La comunicación entre neuronas:
Qué señales pasan a través de las sinapsis, esos huecos sobre los que se mueven las señales del cerebro?
“Podemos detectar la presencia de varios neurotransmisores, pero diferentes neuronas ‘leen’ esos neurotransmisores de manera diferente”, dice.
«La optogenética nos permite no solo ver la ‘tinta’, sino realmente descifrar el ‘mensaje'».
Si bien los métodos optogenéticos han producido una serie de resultados revolucionarios en laboratorios de todo el mundo en los últimos años, pueden ser un poco meticulosos.
En particular, las rodopsinas utilizadas para estudios optogenéticos tienden a ser imperfectas cuando se trata de controlar la actividad de las sinapsis, las diminutas uniones entre neuronas.
Yizhar y un gran equipo, creían que podían crear una versión mejor de las rodopsinas que las disponibles actualmente.
“Decidimos mirar a nuestro alrededor y ver qué soluciones naturales existen”, dice Yizhar.
Y resulta que la naturaleza contiene una multitud de variaciones en la molécula de rodopsina, no solo en los ojos de los animales, sino también en los peces, insectos e incluso en los mamíferos que las llevan en varias partes del cuerpo; algunos posiblemente para regular sus ciclos circadianos, otros para propósitos aún desconocidos.
Por lo tanto, el equipo comenzó con una larga lista de posibles proteínas de rodopsina, y su primer trabajo consistió en evaluar cuáles tenían más probabilidades de satisfacer sus requisitos experimentales, que incluían principalmente proteínas dependientes de la luz que pueden modular la actividad sináptica.
Cerebro de mosquito:
Finalmente, los investigadores redujeron su lista a dos: uno tomado de un pez globo y otro de un mosquito.
Fue la rodopsina del mosquito la que resultó ser la más adecuada.
Para evaluar la eficacia de la nueva herramienta derivada de mosquitos, los investigadores probaron su método frente a un fármaco que se sabe que reduce la fuerza de la comunicación entre las neuronas del cerebro.
Descubrieron que la interferencia era igual de eficaz y mucho más estable con la rodopsina del mosquito.
Más que eso: a diferencia de un fármaco convencional que afecta a numerosas partes del cerebro y es difícil de controlar, los investigadores encontraron que dado que solo las neuronas que producen el sensor de mosquito se ven afectadas por la luz, el efecto modulador de las sinapsis del cerebro se puede controlar con precisión.
Esto sucede tanto en el espacio como en el tiempo, simplemente encendiendo o apagando la luz en regiones específicas del cerebro.
Luego validaron la utilidad de la nueva herramienta usándola para bloquear la liberación del neurotransmisor dopamina en un solo lado del cerebro: iluminar el hemisferio que expresa la rodopsina del mosquito con luz verde condujo a un sesgo unilateral en el comportamiento de estos ratones.
En otras palabras, habían creado una herramienta precisa, selectiva y controlable.
«Una de las principales ventajas de la rodopsina de mosquito es que es biestable, es decir, no necesita refrescarse, y es potencialmente muy específica, de modo que podemos controlar solo las sinapsis precisas en las que estamos interesados», dice Yizhar.
“Esta es una tecnología muy emocionante, ya que nos permitirá descubrir los roles de vías específicas en el cerebro de una manera que antes no era posible.
Creemos que esta proteína de mosquito podría abrir el camino al desarrollo de toda una familia de nuevas herramientas optogenéticas para su uso en la investigación de la neurociencia”.
Estos esfuerzos científicos recibirán un gran impulso en el marco del nuevo Instituto de Ciencias Neuronales y del Cerebro, el proyecto insignia del Instituto Weizmann que se espera que reúna a los principales grupos de investigación de diversos campos, que unirán esfuerzos para descubrir los misterios del cerebro.
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