Los científicos observan los receptores GABAA y su organización en la membrana sináptica

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Las sinapsis son dispositivos especializados donde ocurren el aprendizaje y la memoria. La transmisión eficiente de señales sinápticas se basa en la delicada estructura y la compleja composición molecular de las sinapsis. Sin embargo, el pequeño tamaño (varios cientos de nanómetros de diámetro) y la naturaleza heterogénea de las sinapsis plantean desafíos importantes en la observación directa de las moléculas dentro de las sinapsis.

Basado en la técnica de procesamiento propuesta para la tomografía crioelectrónica in situ, investigadores de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China (USTC) y los Institutos de Tecnología Avanzada de Shenzhen (SIAT) de la Academia de Ciencias de China (CAS) se convirtieron en los primeros científicos en observar receptores individuales GABAA y su organización en la membrana sináptica, lo que dota a la capacidad del cerebro para procesar la información.

“El avance de este estudio proviene de la microscopía crioelectrónica in situ, un método que conserva las células en estados nativos y tiene un orden de magnitud de mayor resolución en comparación con la microscopía óptica de súper resolución”, dijo TAO Changlu, becario postdoctoral de la USTC y co-primer autor del estudio, ahora investigador asociado en SIAT.

Esta técnica de procesamiento de imágenes es capaz de localizar automáticamente las proteínas de la membrana en su contexto celular. “Para asegurarnos de detectar todos los receptores en la membrana postsináptica, sobremuestreamos la membrana sináptica y clasificamos todas las imágenes 3D muestreadas sin ninguna plantilla”, dijo LIU Yuntao, estudiante graduado de la USTC y coautor del estudio, ahora becario postdoctoral en UCLA . “Incluso usamos el control negativo que toma muestras de la membrana presináptica para validar nuestra observación”.

Una vez que se detectaron los receptores, los investigadores se dieron cuenta de repente de que los receptores no están distribuidos al azar en la membrana: tienden a mantener el mismo “distanciamiento social” de 11 nm entre sí. Curiosamente, los receptores pueden girar libremente, aunque estén limitados por la distancia.

“El distanciamiento social entre los receptores podría surgir de sus interacciones con la molécula de andamiaje: las gefirinas”, dijo BI Guoqiang, profesor de neurociencia en la USTC y autor principal del artículo.

Las moléculas de andamiaje forman una lámina de densidad de 5 nm de espesor para soportar y regular los receptores GABAA en la membrana. Juntos, forman una estructura absorbente semi-ordenada llamada “ensamblaje mesofásico”.

Un estado mesofásico se encuentra entre el líquido y el sólido, que podría ser inducido por la interacción multivalente entre los receptores y sus moléculas de andamiaje y atraer las vesículas fácilmente liberables que contienen neurotransmisores. Las sinapsis inhibidoras podrían almacenar información colocando los receptores GABAA en un estado de Ricitos de Oro de baja entropía.

Esta estructura semiordenada difiere de la organización reticular hexagonal propuesta anteriormente de los receptores GABAA y las gefirinas. En particular, cada sinapsis tiende a contener un ensamblaje mesofásico, en lugar de múltiples nano-dominios como se observa en las sinapsis excitadoras con microscopía óptica de superresolución.

“Este trabajo representa la primera observación con resolución nanométrica en los receptores sinápticos inhibidores y un paso crítico hacia la resolución de los detalles atómicos del cerebro”, dijo ZHOU Hong, director del Centro de Imágenes Electrónicas para NanoMáquinas en el Instituto de NanoSistemas de California en UCLA, también autor principal del artículo.

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