{"id":4033,"date":"2021-04-22T16:40:59","date_gmt":"2021-04-22T16:40:59","guid":{"rendered":"https:\/\/revistanyt.com.ar\/online\/?p=4033"},"modified":"2021-04-19T19:45:44","modified_gmt":"2021-04-19T19:45:44","slug":"viendo-el-interior-de-las-neuronas","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/revistanyt.com.ar\/online\/viendo-el-interior-de-las-neuronas\/","title":{"rendered":"Viendo el interior de las neuronas"},"content":{"rendered":"

Tres investigadores de CONICET trabajan desde hace a\u00f1os en la interfase entre la neurobiolog\u00eda molecular y la fisicoqu\u00edmica para poder observar y analizar cada vez con mejor detalle el interior de las neuronas. Recientemente, las revistas\u00a0Nature Structure and Molecular Biology<\/i>,\u00a0Nature Communications<\/i>\u00a0y\u00a0Nano Letters<\/i>\u00a0publicaron avances de esta colaboraci\u00f3n interdisciplinar.<\/strong><\/p>\n

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Los sistemas biol\u00f3gicos se basan en una organizaci\u00f3n jer\u00e1rquica de prote\u00ednas y otras mol\u00e9culas que dan origen a organelas, c\u00e9lulas, tejidos y organismos. La funci\u00f3n y la estructura de cada componente se encuentran interrelacionadas por una intrincada red de procesos moleculares como uni\u00f3n, asociaci\u00f3n, cambios conformacionales, difusi\u00f3n, reacci\u00f3n, y cat\u00e1lisis. En consecuencia, elucidar los mecanismos que mantienen, modifican o interrumpen la vida requiere de determinar la distribuci\u00f3n espacio-temporal y estado funcional de las mol\u00e9culas constituyentes. Justamente, esta es la misi\u00f3n de los grupos liderados por los investigadores Alfredo C\u00e1ceres del Instituto Universitario de Ciencias Biom\u00e9dicas de C\u00f3rdoba (IUCBC,) y Dami\u00e1n Refojo, del Instituto de Investigaci\u00f3n en Biomedicina de Buenos Aires\u00a0(IBioBA, CONICET-Partner Institute of the Max Planck Society), que estudian el funcionamiento neuronal a nivel molecular.<\/p>\n

La herramienta m\u00e1s com\u00fanmente empleada para visualizar las microestructuras de sistemas biol\u00f3gicos es la microscop\u00eda de fluorescencia, porque permite observar por separado o en combinaci\u00f3n la organizaci\u00f3n intracelular de distintas prote\u00ednas. Lamentablemente, la microscop\u00eda de fluorescencia est\u00e1 lejos de poder brindar resoluci\u00f3n molecular. La m\u00ednima regi\u00f3n que puede distinguirse de otra tiene un tama\u00f1o de unos 300 nanometros, donde caben decenas a miles de biomol\u00e9culas. La microscop\u00eda de superresoluci\u00f3n, tambi\u00e9n conocida como nanoscop\u00eda de fluorescencia, est\u00e1 revolucionando la visualizaci\u00f3n de sistemas biol\u00f3gicos porque mantiene las ventajas de la microscop\u00eda de fluorescencia al tiempo que brinda una resoluci\u00f3n cinco a cien veces superior. El desarrollo de estas nuevas metodolog\u00edas es la misi\u00f3n del grupo de\u00a0Fernando Stefani, investigador del CONICET en el\u00a0<\/strong>Centro de Investigaciones en Bionanociencias (CIBION, CONICET).<\/p>\n

El trabajo interdisciplinar entre los tres grupos permite la formulaci\u00f3n de preguntas profundas sobre el funcionamiento neuronal y el desarrollo de nuevas herramientas de visualizaci\u00f3n con resoluci\u00f3n molecular para resolverlas. El fruto de esta sinergia disciplinar se vio recientemente reflejado en tres importantes publicaciones.<\/p>\n

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Interdisciplina en acci\u00f3n, y por triplicado<\/strong><\/p>\n

La primera publicaci\u00f3n se realiz\u00f3 en la revista\u00a0Nature Structure and Molecular Biology<\/em><\/strong>\u00a0en febrero del 2020. All\u00ed se present\u00f3\u00a0un m\u00e9todo desarrollado por el\u00a0grupo de Refojo<\/strong><\/a>\u00a0que detecta prote\u00ednas reguladas por Nedd8, una mol\u00e9cula necesaria tanto para la proliferaci\u00f3n celular como para el normal desarrollo de las conexiones sin\u00e1pticas entre neuronas y los procesos de memoria y aprendizaje. Este desarrollo representa una variante de una metodolog\u00eda llamada espectrometr\u00eda de masa, mediante la cual los investigadores obtuvieron el primer cat\u00e1logo con cientos de prote\u00ednas neddiladas, es decir, modificadas por el pegado de Nedd8. Ese rastrillaje evidenci\u00f3 que la neddilaci\u00f3n en neuronas afectaba fundamentalmente a prote\u00ednas del citoesqueleto, fasc\u00edculos que cumplen funciones estructurales y de transporte esenciales para el desarrollo neuronal. \u201cCon esto proponemos un cambio sustancial en la forma en que se pens\u00f3 esta modificaci\u00f3n molecular hasta hoy\u201d, destaca Dami\u00e1n Refojo y agrega: \u201cHasta ahora se cre\u00eda que Nedd8 se un\u00eda a un solo tipo de prote\u00ednas llamadas Cullinas, que controlan la proliferacion celular. En este trabajo descubrimos que Nedd8, en realidad, se une a cientos de prote\u00ednas m\u00e1s para controlar su funci\u00f3n, su ubicaci\u00f3n subcelular, su estabilidad o su capacidad de formar otros complejos moleculares\u201d. Entre ellas encontramos muchas prote\u00ednas del citoesqueleto. Para visualizar los fasc\u00edculos microsc\u00f3picos que conforman el citoesqueleto en neuronas, utilizaron la microscopia de superresoluci\u00f3n del laboratorio de Fernando Stefani. Fue a partir de esta tecnolog\u00eda que comprobaron que la inhibici\u00f3n de la neddilaci\u00f3n alteraba la formaci\u00f3n de esos fasc\u00edculos y, como consecuencia, la maduraci\u00f3n neuronal y la formaci\u00f3n de dendritas.<\/p>\n

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Alfredo C\u00e1ceres. Fernando Stefani y Dami\u00e1n Refojo. Foto: gentileza investtigadores.<\/p><\/div>\n

El siguiente art\u00edculo se public\u00f3 en la prestigiosa revista\u00a0Nature Communications<\/em><\/strong>\u00a0en enero de 2021. All\u00ed se present\u00f3 el m\u00e9todo de visualizaci\u00f3n SIMPLER que permite observar sistemas biol\u00f3gicos con un nivel de detalle en 3D mayor al de las nanoscop\u00edas convencionales. Gracias a esta tecnolog\u00eda pudieron visualizar distintos complejos supramoleculares del citoesqueleto neuronal, como los anillos de actina\/espectrina o microt\u00fabulos individuales. Alfredo\u00a0C\u00e1ceres,<\/strong>\u00a0experto y pionero mundial en el estudio del citoesqueleto neuronal se entusiasma con esta posibilidad: \u201cSIMPLER nos abre la puerta de ingreso al estudio molecular y en 3D de la estructura interna de las neuronas en condiciones normales y de diversas enfermedades degenerativas. El conocimiento que podemos ganar es impresionante\u201d. Por otra parte, este m\u00e9todo no requiere modificaciones en el hardware de microscopios convencionales, por lo que promete ser ampliamente utilizado en cualquier laboratorio que lleve a cabo experimentos de superresoluci\u00f3n.<\/p>\n

El tercer avance fue presentado en marzo de 2021 en la revista\u00a0Nano Letters<\/em>.\u00a0<\/strong>All\u00ed se detalla un nuevo m\u00e9todo para ubicar la posici\u00f3n de dos mol\u00e9culas interactuando con una precisi\u00f3n cinco veces mayor a la disponible hasta el momento. El m\u00e9todo m\u00e1s usado para visualizar interacciones moleculares se basa en un fen\u00f3meno de transferencia de energ\u00eda entre dos mol\u00e9culas llamado FRET (por F\u00f6rster Resonance Energy Transfer). Existen innumerables protocolos para obtener im\u00e1genes de FRET que reportan interacciones entre diversas mol\u00e9culas o entre mol\u00e9culas y su entorno. Sin embargo, hasta ahora, no exist\u00eda un m\u00e9todo de aplicaci\u00f3n general para obtener im\u00e1genes de FRET con s\u00faper-resoluci\u00f3n. Esto es exactamente lo que logr\u00f3 el equipo de Fernando Stefani con el apoyo de los grupos de Refojo y C\u00e1ceres, abriendo el camino para un enorme abanico de posibilidades para investigar c\u00f3mo y d\u00f3nde se producen las interacciones moleculares dentro de las c\u00e9lulas.<\/p>\n

Para los investigadores, la posibilidad de trabajar cercanamente es una oportunidad \u00fanica que los lleva a un sinf\u00edn de nuevas preguntas que son posibles gracias a este dialogo abierto y frecuente entre laboratorios y disciplinas: \u201cLa interacci\u00f3n interdisciplinaria es desafiante y divertida, pero adem\u00e1s es el camino que debemos seguir para mantener nuestros altos est\u00e1ndares cient\u00edficos\u201d, se\u00f1ala Dami\u00e1n Refojo. Por su parte, Stefani remarca que \u201cambas t\u00e9cnicas nos van a permitir hacer estudios antes imposibles. Podremos ver c\u00f3mo se organizan e interact\u00faan prote\u00ednas dentro de las c\u00e9lulas y esto nos da una ventaja competitiva fundamental para nuestros estudios futuros\u201d. Y agrega que \u201cla din\u00e1mica de trabajo entre los tres grupos ha sido extraordinaria, muy estimulante y creativa. Tenemos diez veces m\u00e1s ideas y proyectos de los que podemos realizar. Lo m\u00e1s dif\u00edcil es priorizar, porque todos los proyectos son de primer nivel.\u201d Finalmente, C\u00e1ceres reflexiona: \u201cesta cooperaci\u00f3n muestra una manera de trabajar e investigar que rinde. Es la manera en que se est\u00e1 avanzando en los mejores laboratorios del mundo. Las investigaciones de punta requieren de esfuerzos mancomunados y sostenidos entre las disciplinas tradicionales. Nuestro trabajo en conjunto reci\u00e9n comienza.\u201d<\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n

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Fuente: IBioBA<\/p>\n

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Referencias bibliogr\u00e1ficas:<\/strong><\/p>\n

Szalai, A. M., Siarry, B., Lukin, J., Giusti, S., Unsain, N., C\u00e1ceres, A., \u2026 & Stefani, F. D. (2021). Super-resolution imaging of energy transfer by Intensity-Based STED-FRET.\u00a0Nano Letters<\/em>.\u00a0https:\/\/doi.org\/10.1021\/acs.nanolett.1c00158<\/a><\/p>\n

Szalai, A. M., Siarry, B., Lukin, J., Williamson, D. J., Unsain, N., C\u00e1ceres, A., \u2026 & Stefani, F. D. (2021). Three-dimensional total-internal reflection fluorescence nanoscopy with nanometric axial resolution by photometric localization of single molecules.\u00a0Nature communications<\/em>,\u00a012<\/em>(1), 1-13.\u00a0\u00a0https:\/\/doi.org\/10.1038\/s41467-020-20863-0<\/a><\/p>\n

Vogl, A. M., Phu, L., Becerra, R., Giusti, S. A., Verschueren, E., Hinkle, T. B., \u2026 & Sheng, M. (2020). Global site-specific neddylation profiling reveals that NEDDylated cofilin regulates actin dynamics.\u00a0Nature structural & molecular biology<\/em>,\u00a027<\/em>(2), 210-220.\u00a0https:\/\/doi.org\/10.1038\/s41594-019-0370-3<\/a><\/p>\n<\/div>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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