Investigadores visualizan la intrincada ramificación del sistema nervioso

Resumen: Un estudio revela el mecanismo molecular que permite que las redes neuronales crezcan y se ramifiquen.

Fuente: Yale

Nuestro sistema nervioso está compuesto por miles de millones de neuronas que se comunican entre sí a través de sus axones y dendritas. Cuando el cerebro humano se desarrolla, estas estructuras se ramifican de una manera bellamente intrincada pero poco conocida que permite que las células nerviosas formen conexiones y envíen mensajes por todo el cuerpo. Y ahora, los investigadores de Yale han descubierto el mecanismo molecular detrás del crecimiento de este complejo sistema.

Sus hallazgos se publican en Avances de la ciencia.

“Las neuronas son células muy ramificadas, y son así porque cada neurona hace una conexión con miles de otras neuronas”, dice Joe Howard, Ph.D., profesor Eugene Higgins de Biofísica Molecular y Bioquímica y profesor de física, y senior investigador del estudio.

“Estamos trabajando en este proceso de ramificación: ¿cómo se forman y crecen las ramas? Eso es lo que subyace a toda la forma en que funciona el sistema nervioso”.

El equipo estudió el crecimiento neuronal en moscas de la fruta a medida que maduraban de embriones a larvas. Para visualizar este proceso, etiquetaron las neuronas con marcadores fluorescentes y las fotografiaron en un microscopio de disco giratorio. Porque las neuronas residen justo debajo de la cutícula. [outermost layer]los investigadores pudieron observar este proceso en tiempo real en larvas vivas.

Después de obtener imágenes de las neuronas en diferentes etapas de desarrollo, el equipo pudo crear películas de lapso de tiempo del crecimiento.

Las morfologías dendríticas complejas y altamente variables surgen de la dinámica estocástica de las puntas de las dendritas. Esta imagen proyectada de máxima intensidad está seudocoloreada en función del valor de intensidad. Crédito: Laboratorio Howard

En las primeras etapas de desarrollo, las neuronas sensoriales comenzaron con solo dos o tres dendritas. Pero en tan solo cinco días, se convirtieron en grandes estructuras similares a árboles con miles de ramas.

El análisis de las puntas dendríticas reveló su crecimiento dinámico y estocástico (determinado aleatoriamente), que fluctuó entre estados de crecimiento, reducción y pausa.

Crédito: Rob Forman

“Antes de nuestro estudio, existía la teoría de que las neuronas podrían dilatarse y desinflarse como un globo”, dice Sonal Shree, Ph.D., científica investigadora asociada y autora principal del estudio. “Y descubrimos que no, no se están inflando como un globo, sino que crecen y ramifican sus puntas”.

“Descubrimos que podemos explicar completamente el crecimiento neuronal y la morfología general en términos de lo que hacen las puntas de las células”, dice Sabyasachi Sutradhar, Ph.D., científico investigador asociado y autor principal conjunto del estudio.

“Esto significa que ahora podemos centrarnos en las puntas, porque si podemos entender cómo funcionan, entonces podemos entender cómo surge la forma completa de la célula”, dice Howard.

Hay todo un mundo de ramificaciones en biología, desde las venas y arterias del sistema circulatorio hasta los bronquiolos del pulmón. El laboratorio de Howard espera que una mejor comprensión de la ramificación a nivel celular también arroje luz sobre estos procesos a nivel molecular y tisular.

Sobre esta noticia de investigación en neurociencia

Autor: isabella backman
Fuente: Yale
Contacto: Isabella Backman – Yale
Imagen: La imagen está acreditada a Howard Lab.

Investigacion original: Acceso abierto.
“La inestabilidad dinámica de las puntas de las dendritas genera las morfologías altamente ramificadas de las neuronas sensoriales” por Sonal Shree et al. Avances de la ciencia

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Resumen

La inestabilidad dinámica de las puntas de las dendritas genera las morfologías altamente ramificadas de las neuronas sensoriales

Los cenadores altamente ramificados de las dendritas neuronales proporcionan el sustrato para la alta conectividad y el poder computacional del cerebro. La morfología dendrítica alterada se asocia con enfermedades neuronales.

Se ha demostrado que muchas moléculas desempeñan papeles cruciales en la formación y el mantenimiento de la morfología de las dendritas. Sin embargo, los principios subyacentes por los cuales las interacciones moleculares generan morfologías ramificadas no se comprenden.

Para dilucidar estos principios, visualizamos el crecimiento de las dendritas a lo largo del desarrollo larvario de drosófila neuronas sensoriales y descubrió que las puntas de las dendritas experimentan inestabilidad dinámica, haciendo una transición rápida y estocástica entre estados de crecimiento, contracción y pausa.

Al incorporar estas dinámicas medidas en un modelo computacional basado en agentes, demostramos que las morfologías dendríticas complejas y altamente variables de estas células son consecuencia de la dinámica estocástica de sus puntas dendríticas.

Estos principios pueden generalizarse a la ramificación de otros tipos de células neuronales, así como a la ramificación a nivel subcelular y tisular.

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