Descobreixen un mecanisme molecular clau en la formació de les connexions neuronals

Marta Morey és investigadora Ramón y Cajal del Departament de Genètica de la Facultat de Biologia de la UB.
Marta Morey és investigadora Ramón y Cajal del Departament de Genètica de la Facultat de Biologia de la UB.
Recerca
(18/12/2015)

Lʼespecificitat sinàptica és la capacitat que tenen les neurones de fer connexions amb unes neurones en concret, i no amb dʼaltres amb les quals també estiguin en contacte físic o en el mateix entorn. Aquest procés està mediat per proteïnes de superfície, les quals transmeten informació de lʼexterior a lʼinterior de la neurona. Lʼespecificitat sinàptica és essencial per a lʼassemblatge i el funcionament correcte dels circuits neuronals. Un treball internacional codirigit per Marta Morey, investigadora Ramón y Cajal del Departament de Genètica de la Facultat de Biologia de la Universitat de Barcelona, ha identificat dues famílies de proteïnes de superfície, Dpr i DIPS, que interaccionen entre elles i serien clau en el reconeixement entre parelles sinàptiques.

Marta Morey és investigadora Ramón y Cajal del Departament de Genètica de la Facultat de Biologia de la UB.
Marta Morey és investigadora Ramón y Cajal del Departament de Genètica de la Facultat de Biologia de la UB.
Recerca
18/12/2015

Lʼespecificitat sinàptica és la capacitat que tenen les neurones de fer connexions amb unes neurones en concret, i no amb dʼaltres amb les quals també estiguin en contacte físic o en el mateix entorn. Aquest procés està mediat per proteïnes de superfície, les quals transmeten informació de lʼexterior a lʼinterior de la neurona. Lʼespecificitat sinàptica és essencial per a lʼassemblatge i el funcionament correcte dels circuits neuronals. Un treball internacional codirigit per Marta Morey, investigadora Ramón y Cajal del Departament de Genètica de la Facultat de Biologia de la Universitat de Barcelona, ha identificat dues famílies de proteïnes de superfície, Dpr i DIPS, que interaccionen entre elles i serien clau en el reconeixement entre parelles sinàptiques.

La recerca, publicada a la revista científica Cell, ha analitzat lʼexpressió gènica de neurones del sistema visual de la mosca del vinagre (Drosophila melanogaster) i ha mostrat que lʼexpressió combinatòria de membres de famílies multigèniques de proteïnes de superfície en diferents tipus neuronals és una estratègia que permet a cada tipus neuronal establir connexions amb neurones postsinàptiques especifiques. «Aquest descobriment podria ajudar en un futur a desvelar lʼorigen de les malalties provocades per defectes en lʼespecificitat sinàptica», apunta la investigadora de la UB.

Un patró únic de cada neurona

Per esbrinar quins mecanismes moleculars regulen aquesta especificitat, els investigadors van analitzar set tipus neuronals del sistema visual de la mosca del vinagre, lʼorganització del qual té una gran similitud estructural amb altres regions del sistema nerviós dels vertebrats, com ara la retina, lʼespina dorsal o la regió del còrtex.

En primer lloc, els experts van fer servir tècniques de seqüenciació dʼARN dʼalt rendiment, una tecnologia que permet obtenir una instantània dels gens que expressa cada tipus neuronal. Els resultats van mostrar que cada tipus expressa una gran quantitat de gens que codifiquen per proteïnes de superfície amb un patró únic. «Per primera vegada, vam veure de manera directa lʼextraordinària bateria de proteïnes de superfície de què disposen les neurones. Així mateix, cada neurona expressa una combinatòria específica de proteïnes de superfície que la diferencia de les altres neurones», explica Marta Morey.

Després, els investigadors van comparar els patrons dʼexpressió entre les neurones estudiades. Van descobrir que lʼexpressió combinatòria de Dpr en els diferents tipus neuronals concorda amb lʼexpressió dels membres de la família DIPS, amb els quals interactuen, en uns subgrups de les neurones amb les quals estableixen connexions. «La funció dʼaquestes famílies de proteïnes no es coneixia; el nostre treball proposa que són candidats a regular lʼespecificitat sinàptica entre neurones», explica la investigadora.

Un pas endavant per entendre lʼorigen de les malalties neurològiques

Segons els investigadors, traslladar aquest coneixement i principis generals descoberts en organismes model com la Drosophila a vertebrats ens pot ajudar a desvelar lʼorigen de malalties neurològiques, com ara lʼautisme o lʼesquizofrènia, que podrien ser degudes a defectes en lʼespecificitat sinàptica.

La comprensió dʼaquesta especificitat també és essencial per al futur desenvolupament de teràpies de reconstrucció de circuits neurals a partir de neurones derivades de cèl·lules mare. En aquest procés, és imprescindible assegurar que les neurones de nova incorporació són capaces de reconèixer amb qui han dʼestablir connexions per assegurar el funcionament correcte del circuit neural que es repara. «Aquestes neurones hauran de contenir la seva bateria especifica de molècules que els permeti reconèixer amb qui han dʼestablir connexions. Per tant, necessitem conèixer quines són les estratègies moleculars i la lògica darrere lʼespecificitat sinàptica», conclou la investigadora.

Referència de lʼarticle:

L. Tan, K. Xi Zhang, M. Y. Pecot, S. Nagarkar-Jaiswal, P. Lee, S. Takemura, J. M. McEwen, A. Nern, S. Xu, W. Tadros, Z. Chen, K. Zinn, H. J. Bellen, M. Morey, i S. L. Zipursky. «Ig Superfamily Ligand and Receptor Pairs Expressed in Synaptic Partners in Drosophila». Cell, desembre 2015. Doi: 10.1016/j.cell.2015.11.021