Imagen: Los complejos controlan la formación de moléculas de azúcar (que se muestran aquí en verde) que rodean las neuronas para ayudar a estabilizar las conexiones en el cerebro.
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Crédito: Laboratorio de Linda Hsieh-Wilson
SAN FRANCISCO, 16 de agosto de 2023 – ¿Puedes reconocer a alguien a quien no has visto en años, pero olvidas lo que desayunaste ayer? Nuestros cerebros organizan constantemente sus circuitos para recordar rostros familiares o aprender nuevas habilidades, pero no se comprende bien la base molecular de este proceso. Hoy en día, los científicos informan que los grupos sulfato en moléculas de azúcar complejas llamadas glicosaminoglicanos (GAG) afectan la «plasticidad» en el cerebro de los ratones. Determinar cómo funcionan los GAG puede ayudarnos a comprender cómo funcionan la memoria y el aprendizaje en los humanos y proporcionar formas de reparar las conexiones neuronales después de una lesión.
Los investigadores presentarán sus hallazgos hoy en la reunión de otoño de la Sociedad Química Estadounidense (ACS). ACS Otoño 2023 es una reunión híbrida que se llevará a cabo virtualmente y en persona del 13 al 17 de agosto y presenta casi 12,000 presentaciones sobre una amplia gama de temas científicos.
Los azúcares que endulzan frutas, dulces o pasteles son sólo algunos de los muchos tipos de azúcares que realmente existen. Cuando se combinan entre sí, pueden formar una gran variedad de azúcares complejos. Los GAG se forman uniendo otras estructuras químicas, incluidos los grupos sulfato.
«Si estudiamos la química de los GAG en el cerebro, podemos aprender sobre la plasticidad cerebral y, con suerte, en el futuro, utilizar esta información para restaurar o mejorar las conexiones neuronales involucradas en la memoria», Linda Hsieh-Wilson, Ph.D. El investigador principal del proyecto presentará la investigación en la reunión.
«Estos azúcares regulan muchas proteínas y su estructura cambia durante el desarrollo y la enfermedad», explica. Hsieh-Wilson está en el Instituto de Tecnología de California.
En el cerebro, la forma de GAG más común es el sulfato de condroitina, que se encuentra en la matriz extracelular que rodea muchas células cerebrales. El sulfato de condroitina también puede formar estructuras conocidas como «redes perineuronales», que envuelven neuronas individuales y estabilizan las conexiones sinápticas entre ellas.
Una forma en que se puede modificar la función de un GAG es mediante formas de sulfatación o patrones de grupos sulfato unidos a cadenas de azúcar. El equipo de Hsieh-Wilson está interesado en cómo cambian estos patrones de sulfatación y cómo regulan procesos biológicos como la neuroplasticidad y la memoria social. Algún día también podría permitir a los investigadores modelar estas funciones como posibles tratamientos para lesiones del sistema nervioso central, enfermedades neurodegenerativas o trastornos psiquiátricos.
Cuando el equipo terminó Chst11 El gen es responsable de crear dos patrones principales de sulfatación en el sulfato de condroitina en ratones, un defecto estructural en su red perineuronal. Sin embargo, el número de redes en realidad aumenta en ausencia de mapas de sulfatación, lo que cambia los tipos de conexiones sinápticas entre las neuronas. Además, las ratas no pudieron reconocer a aquellas que habían conocido previamente, lo que indica que estos patrones influyen en la memoria social.
Curiosamente, estas redes pueden ser más dinámicas de lo que se pensaba: pueden desempeñar un papel tanto en niños como en adultos. Cuando los investigadores apuntan Chst11 Específicamente en el cerebro de ratones adultos, encontraron efectos similares sobre las redes perineurales y la memoria social. «Este resultado sugiere que puede ser posible eliminar estas redes durante la adolescencia o la edad adulta para posiblemente restaurar o fortalecer algunas conexiones sinápticas», dice Hsieh-Wilson.
En otros experimentos recientes, el equipo quiere comprender cómo los GAG y sus patrones de sulfatación pueden afectar la regeneración axonal o la capacidad de las neuronas para reconstruirse después de una lesión. Los investigadores ahora están trabajando para identificar receptores de proteínas que se unen a motivos de sulfatación específicos. Hasta ahora, han descubierto que motivos específicos impiden que estos receptores se acumulen en la superficie celular y se reproduzcan. Este proceso se puede bloquear para crear herramientas o tratamientos que promuevan la regeneración axonal. Obtener más información sobre este proceso podría algún día reparar el daño causado por algunas enfermedades neurodegenerativas o accidentes cerebrovasculares, dice Hayes-Wilson.
Los investigadores agradecen la financiación de los Institutos Nacionales de Salud y la Fundación Craig H. Nelson.
Se publicará una sesión informativa grabada para los medios sobre este tema el miércoles 16 de agosto a las 10 a. m., hora del Este. www.acs.org/acsfall2023briefings. Los periodistas pueden contactar y solicitar acceso a las conferencias de prensa durante períodos restringidos. sala de prensa@acs.org.
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Nota para los periodistas: informe que esta investigación fue presentada en una reunión de la Sociedad Química Estadounidense.
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Usar la química para comprender el papel de los glicanos en la neuroplasticidad
resumen
El campo de la neurobiología química proporciona conocimientos sobre las moléculas y las interacciones implicadas en el desarrollo neuronal, la percepción sensorial y la memoria. Este seminario describirá nuestros esfuerzos por comprender cómo los glicosaminoglicanos de sulfato de condroitina (GAG) contribuyen a la neuroplasticidad: la capacidad del cerebro para adaptarse y formar nuevas conexiones neuronales. Utilizando una combinación de química orgánica sintética, bioquímica, química computacional, biología celular y neurobiología, hemos desarrollado un conjunto diverso de herramientas químicas para estudiar la biología de los GAG. Nuestros resultados indican que la actividad GAG está impulsada por la presencia o ausencia de motivos de sulfatación específicos. Estos motivos median la interacción de los GAG con proteínas asociadas específicas y regulan los eventos de señalización que subyacen a procesos como la regeneración axonal, la plasticidad sináptica y la formación de circuitos neuronales. La capacidad de identificar y modular estos patrones de sulfatación abre nuevas oportunidades terapéuticas para la regeneración y reparación neuronal después de un accidente cerebrovascular, una lesión del sistema nervioso central y enfermedades neurodegenerativas.
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