El funcionamiento del sistema nervioso central se basa en el establecimiento de largos tractos axonales que crecen siguiendo complejas trayectorias. Fuente: BlueBrain.
Investigadores del Instituto de Neurociencias, centro mixto de la Universidad Miguel Hernández (UMH) de Elche y el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), han puesto de manifiesto un nuevo mecanismo por el que los axones son guiados a través del sistema nervioso en desarrollo hasta su destino.
El estudio, publicado en la revista Current Biology, desvela el mecanismo molecular que ocurre en el interior de los axones en crecimiento que permite respuestas rápidas a factores repulsivos y atractivos necesarios para alcanzar su destino.
El axón es una prolongación de las neuronas especializadas en conducir el impulso nervioso desde el cuerpo celular o soma hacia otra célula. En la neurona adulta se trata de una prolongación única.
El funcionamiento del sistema nervioso central se basa en el establecimiento de largos tractos axonales que crecen siguiendo complejas trayectorias. Estos tractos axonales están compuestos de haces de axones que permiten a las neuronas contactar con otras neuronas del sistema nervioso.
La proyección talamocortical constituye una de las conexiones más importantes del cerebro, ya que transmite la información de los órganos sensoriales hasta la corteza cerebral, donde la integración de esta información da lugar a la percepción y a la generación de respuestas adecuadas a los estímulos internos y externos.
El desarrollo aberrante de esta conexión podría estar implicado en algunas enfermedades neurológicas como el autismo o la epilepsia. Comprender el desarrollo temprano de la proyección talamocortical es un desafío fundamental para la neurociencia.
La investigadora Guillermina López Bendito explica en la nota de prensa del Instituto de Neurociencias que “los axones en crecimiento poseen una estructura muy dinámica en su extremo llamada cono de crecimiento que explora el entorno extracelular en busca de señales que indiquen al axón la dirección en la que debe crecer. Estas señales, llamadas moléculas de guía axonal, pueden estar fijas a un sustrato o ser difusibles, y pueden atraer o repeler a los axones. Los conos de crecimiento contienen receptores que reconocen estas moléculas de guía y traducen la información en una respuesta direccional”.
El estudio, publicado en la revista Current Biology, desvela el mecanismo molecular que ocurre en el interior de los axones en crecimiento que permite respuestas rápidas a factores repulsivos y atractivos necesarios para alcanzar su destino.
El axón es una prolongación de las neuronas especializadas en conducir el impulso nervioso desde el cuerpo celular o soma hacia otra célula. En la neurona adulta se trata de una prolongación única.
El funcionamiento del sistema nervioso central se basa en el establecimiento de largos tractos axonales que crecen siguiendo complejas trayectorias. Estos tractos axonales están compuestos de haces de axones que permiten a las neuronas contactar con otras neuronas del sistema nervioso.
La proyección talamocortical constituye una de las conexiones más importantes del cerebro, ya que transmite la información de los órganos sensoriales hasta la corteza cerebral, donde la integración de esta información da lugar a la percepción y a la generación de respuestas adecuadas a los estímulos internos y externos.
El desarrollo aberrante de esta conexión podría estar implicado en algunas enfermedades neurológicas como el autismo o la epilepsia. Comprender el desarrollo temprano de la proyección talamocortical es un desafío fundamental para la neurociencia.
La investigadora Guillermina López Bendito explica en la nota de prensa del Instituto de Neurociencias que “los axones en crecimiento poseen una estructura muy dinámica en su extremo llamada cono de crecimiento que explora el entorno extracelular en busca de señales que indiquen al axón la dirección en la que debe crecer. Estas señales, llamadas moléculas de guía axonal, pueden estar fijas a un sustrato o ser difusibles, y pueden atraer o repeler a los axones. Los conos de crecimiento contienen receptores que reconocen estas moléculas de guía y traducen la información en una respuesta direccional”.
La proteína FLRT3
Mediante la combinación de estudios de bioquímica, biología molecular y genética, los investigadores han demostrado que la respuesta atractiva a la molécula de guía axonal Netrina1 está controlada por una proteína denominada FLRT3. Esta proteína regula la abundancia del receptor de Netrina1, denominado DCC, en la membrana celular.
FLRT3 no se expresa en todos los axones en desarrollo sino en aquellos que requieren una regulación dinámica de la atracción por Netrina1.
La presencia o ausencia de FLRT3 es crucial para determinar la trayectoria de los distintos axones y las neuronas con las que conectan. De esta manera, conexiones axonales que se caracterizan por una organización espacial topográfica precisa, como la conexión talamocortical, se aseguran un desarrollo correcto durante la fase embrionaria.
Cada neurona del tálamo proyecta el axón hacia su respectiva área de la corteza cerebral y no a otras. “Demostramos que las proyecciones del tálamo que necesitan ser atraídas hacia zonas anteriores del cerebro expresan FLRT3, mientras que las que conectan con otras regiones no lo expresan”, ilustra López Bendito.
“Este descubrimiento supone un avance significativo a la hora de entender los mecanismos implicados en la formación de conexiones axonales en el cerebro, además de diseñar acciones futuras de reparación y/o regeneración del tejido neuronal”, añade la investigadora. En este trabajo también han participado la Universidad de Lleida y el Max-Planck Institute for Neurobiology de Múnich, Alemania.
Mediante la combinación de estudios de bioquímica, biología molecular y genética, los investigadores han demostrado que la respuesta atractiva a la molécula de guía axonal Netrina1 está controlada por una proteína denominada FLRT3. Esta proteína regula la abundancia del receptor de Netrina1, denominado DCC, en la membrana celular.
FLRT3 no se expresa en todos los axones en desarrollo sino en aquellos que requieren una regulación dinámica de la atracción por Netrina1.
La presencia o ausencia de FLRT3 es crucial para determinar la trayectoria de los distintos axones y las neuronas con las que conectan. De esta manera, conexiones axonales que se caracterizan por una organización espacial topográfica precisa, como la conexión talamocortical, se aseguran un desarrollo correcto durante la fase embrionaria.
Cada neurona del tálamo proyecta el axón hacia su respectiva área de la corteza cerebral y no a otras. “Demostramos que las proyecciones del tálamo que necesitan ser atraídas hacia zonas anteriores del cerebro expresan FLRT3, mientras que las que conectan con otras regiones no lo expresan”, ilustra López Bendito.
“Este descubrimiento supone un avance significativo a la hora de entender los mecanismos implicados en la formación de conexiones axonales en el cerebro, además de diseñar acciones futuras de reparación y/o regeneración del tejido neuronal”, añade la investigadora. En este trabajo también han participado la Universidad de Lleida y el Max-Planck Institute for Neurobiology de Múnich, Alemania.
Referencia bibliográfica:
Eduardo Leyva-Díaz, Daniel del Toro, Maria José Menal, Serafi Cambray, Rafael Susín, Marc Tessier-Lavigne, Rüdiger Klein, Joaquim Egea y Guillermina López-Bendito. FLRT3 is a Robo1-interacting protein that determines Netrin-1 attraction in developing axons. Current Biology (2014). DOI: 10.1016/j.cub.2014.01.042.
Eduardo Leyva-Díaz, Daniel del Toro, Maria José Menal, Serafi Cambray, Rafael Susín, Marc Tessier-Lavigne, Rüdiger Klein, Joaquim Egea y Guillermina López-Bendito. FLRT3 is a Robo1-interacting protein that determines Netrin-1 attraction in developing axons. Current Biology (2014). DOI: 10.1016/j.cub.2014.01.042.