Los científicos de Scripps Research han descubierto cientos de proteínas que se transportan constantemente por el cerebro sano en pequeños sacos encerrados en membrana, revelando una nueva forma de comunicación entre las células cerebrales.Los hallazgos, publicados esta semana en la revistaInformes celulares, podrían ayudar a los científicos a comprender mejor las enfermedades neurológicas, incluida la enfermedad de Alzheimer.
"Esta es una forma completamente nueva en que las células en el cerebro pueden comunicarse entre sí que nunca antes se habían integrado en cómo pensamos sobre la salud y la enfermedad", dice Hollis Cline, PhD, profesor de neurociencia de Hahn en Scripps Research.“Abre muchas vías de investigación emocionantes."
Para enviar señales por todo el cerebro, las neuronas generalmente se comunican usando productos químicos llamados neurotransmisores, que se mueven de una célula a una adyacente.Las hormonas también circulan a través del cerebro, afectando el crecimiento de las células cerebrales y ayudando a forjar nuevas conexiones entre las neuronas.
Anteriormente, los investigadores sospechaban que un pequeño número de proteínas puede moverse de manera más independiente alrededor del cerebro en casos aislados.Por ejemplo, los científicos que estudian la enfermedad de Alzheimer encontraron que la sinucleína y la tau, dos proteínas asociadas con la neurodegeneración, podrían moverse entre las células en los cerebros de los animales afectados por el Alzheimer.Pero no estaban seguros de si esto estaba relacionado con la enfermedad en sí.Otros equipos han proporcionado evidencia de que una proteína que se origina en una célula se puede encontrar más tarde en otra;Sin embargo, no pudieron eliminar la posibilidad de que la proteína se desmontara en sus bloques de construcción de aminoácidos y luego se volviera a montar en la celda de destino..
En el nuevo trabajo, Cline y sus colegas utilizaron un método de etiquetado de proteínas que aseguraron que solo rastreaban las proteínas que permanecen intactas.La etiqueta, una molécula de biotina, no puede reintegrarse en nuevas proteínas si las proteínas se desmontan.El equipo de investigación introdujo la etiqueta en células ganglionares retinianas a los ojos de las ratas.Once días después, examinaron las células de la corteza visual, un área del cerebro responsable del procesamiento de la visión y físicamente distante de las células ganglionares retinianas.
El equipo de Cline a continuación aisló cualquier proteína en la corteza visual que estaba etiquetada con biotina. They found more than 200 proteins and collaborated with Scripps Research professor John Yates III, PhD, to identify each protein using mass spectrometry.
“Previous methods didn’t allow researchers to identify specific proteins being transported or watch the process at an ultrastructural level," says Lucio Schiapparelli, first author of the new paper and a former staff scientist at Scripps Research now at Duke University."Entonces, el uso de esta nueva combinación de estrategias de etiquetado e identificación de proteínas nos permitió avanzar realmente para comprender realmente lo que estaba sucediendo con estas proteínas."
Las proteínas identificadas incluyeron muchas con funciones conocidas en el cerebro, incluida la tau y la sinucleína observadas entre las células en la enfermedad de Alzheimer.
“This is a confirmation that in the healthy brain, tau and synuclein — and their movement around the brain—is normal," says Cline."Pero con la enfermedad de Alzheimer es una forma tóxica de la proteína que se transporta entre las neuronas."
Los investigadores también utilizaron un conjunto diferente de etiquetas de proteínas para mostrar que, en la mayoría de los casos, estas proteínas se transportaban entre las células dentro de los exosomas: compartimentos con membrana, repletos de proteínas, como maletas llenas de ropa llenas de ropa.Este descubrimiento puede ayudar a allanar el camino para otros investigadores que desean seguir los movimientos de proteínas en otras áreas del cerebro, así como a comparar el transporte de proteínas interneuronales en cerebros sanos versus enfermo enfermo.Si bien el nuevo trabajo se llevó a cabo en el sistema visual, Cline dice que no hay razón para no pensar que los resultados están alcanzando aún más.
“There are likely proteins being shuttled around in this mechanism all throughout the brain," she says."Lo que realmente espero es que esto estimule el nuevo interés en explorar los roles de la comunicación intercelular que no habíamos sabido hasta ahora."
Reference: Schiapparelli LM, Sharma P, He HY, et al.La pantalla proteómica revela un transporte de proteínas diverso entre las neuronas conectadas en el sistema visual.Informes celulares.2022; 38 (4).doi: 10.1016/j.Celrep.2021.110287
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