Mecanismos de la función presináptica

En nuestro laboratorio aplicamos estrategias analíticas de electrofisiología e imagen óptica en combinación con técnicas modernas de biología molecular al estudio de la plasticidad sináptica a corto plazo (STP, del inglés "short-term plasticity") en niveles que abarcan desde el conocimiento de las moléculas implicadas a las implicaciones computacionales ó en patologías del SNC.

Tradicionalmente, se ha aceptado que la sinapsis transmite de forma pasiva señales codificadas en trenes de potenciales de acción presinápticos.  Estudios más recientes indican que las sinapsis juegan un papel activo en el procesamiento de la información transmitida.  Esta modulación es consecuencia de cambios rápidos en la potencia sináptica que tienen lugar durante episodios de uso repetido (comunes durante patrones fisiológicos de descarga sináptica). Estos cambios rápidos y transitorios se conocen como plasticidad a corto plazo.  Actualmente, carecemos de un marco de coherente para el estudio de los mecanismos de biología celular subyacentes, del papel que este fenómeno juega en la función normal del sistema nervioso central, o su relevancia patológica.

Prácticamente todas las sinapsis exhiben niveles sustanciales de STP durante su uso rutinario, por lo que entender la STP podría revelar aspectos claves del funcionamiento cerebral y su capacidad de computación.  Un mejor conocimiento de este fenómeno tendrá enorme relevancia médica, pues disfunciones en STP ocurren durante los estadios iniciales de enfermedades neurológicas que incluyen desde la epilepsia hasta las enfermedades de Parkinson y Alzheimer.

Nuestro trabajo durante los últimos 10 años se ha centrado en la caracterización de los principios elementales de STP entre las colaterales de Schaffer y la región CA1 del hipocampo.  Hemos descrito dos nuevos procesos, "augmentation" y depresión sináptica, cuyo balance determina la tasa de liberación de neurotransmisor. Hemos aplicado modelos matemáticos para analizar esta información y establecer una serie limitada de parámetros que permiten diagnosticar el estado de la transmisión sináptica excitatoria1. De esta forma se ha identificado la fatiga sináptica y las moléculas sinapsina y SV2 como dianas prometedoras para el desarrollo de estrategias neuroprotectoras2.

Proyectos de investigación en curso comparan las propiedades fundamentales de STP en sinapsis de hipocampo vs sinapsis gigantes del cáliz de Held en el sistema auditorio.  Adicionalmente, hemos lanzado una iniciativa para determinar la relación entre nano-estructuras en terminales pre-sinápticos y mecanismos neuroprotectores endógenos.  En colaboración con el NCMIR (National Center for Microscopy and Imaging Research, San Diego, CA, USA), estamos desarrollando métodos de tomografía de alta resolución para determinar la ultraestructura de terminales presinapticos.  El objetivo es aplicar este método al análisis estructural de ratones modificados geneticamente que presentan alteraciones en la funcion presinaptica, y establecer la correlacion estructura/función.  Aportamos además nuestra experiencia en electrofisiología a los proyectos de otros investigadores de Neurociencia Fundamental3.

  • 1Gabriel et al, J Neuroscience 2011
  • 2García-Pérez et al, Epilepsia 2015
  • 3Marco et al, Nature Medicine, Wesseling et al, JAMA Neurology 2015
 


"Nuestros estudio sobre los procesos fundamentales que determinan la liberación de neurotransmisor han revelado un mecanismo de depresión sináptica que pdoría proteger contra ataques epilépticos", Dr. John Wesseling.

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