Las neuronas se comunican entre sí por medio de impulsos eléctricos. Cuando una célula envía un mensaje a otra, genera una señal que se propaga a lo largo del axón y provoca la liberación de neurotransmisores que reconocen las dendritas de la neurona receptora. Existe, por lo tanto una direccionalidad en la comunicación nerviosa que se corresponde con la polaridad estructural: los axones envían señales y las dendritas las reciben.
Cada neurona tiene un único axón por lo que su formación debe estar perfectamente coordinada y regulada. En la actualidad se conocen diversos genes relacionados con este proceso, sin embargo, hasta el momento no ha sido posible describir en detalle cómo se forma un axón.
Un reciente estudio de la Universidad de California Riverside acaba de revelar que los genes que intervienen en la formación del axón neuronal están sometidos a procesado alternativo. Además, el trabajo identifica a la proteína PTBP2 como regulador principal de este proceso.
“Típicamente, estudiamos un gen para entender un fenómeno pero un único gen no puede describir todo lo que ocurre para generar un axón”, señala Sika Zhen, Investigador en la Universidad de California Riverside y director del trabajo. “En lugar de enfocarnos en un gen pensamos explorar de forma global el proceso que genera el espectacular conjunto de tareas para crear el axón”.
Los investigadores analizaron la expresión de los genes durante las primeras etapas de la formación de axones y encontraron que los niveles de transcripción de los genes conocidos como relacionados con la formación de axones no variaban significativamente. Sin embargo, el equipo detectó que sí se producían cambios importantes en el procesado alternativo de los genes.
El procesado alternativo es un mecanismo mediante el cual las células pueden producir más de un producto proteico a partir de un único gen. Durante la maduración del ARN mensajero de un gen, mediante la selección o descarte de exones las instrucciones del ADN se diversifican y pueden generarse diferentes proteínas. Esta es una de las razones por las que sintetizamos más proteínas de las que genes codificantes de ADN existen en nuestro genoma.
Esta no es la primera vez que se asocia el procesado alternativo con la función nerviosa, ya que desde hace tiempo se sabe que las neuronas recurren a este mecanismo de forma habitual. Sin embargo, sí es la primera vez que se relaciona con la formación del axón. A partir de diversos experimentos los investigadores encontraron que el procesado alternativo relacionado con la formación de los axones es regulado por la proteína PTBP2. El equipo encontró que cuando se elimina PTBP2 se induce de forma prematura un procesado de ARN mensajero relacionado con la formación de axones y se produce una expresión alterada de las formas de los genes relacionadas con este proceso.
Además, los investigadores estudiaron en detalle uno de los genes cuyo procesado está regulado por PTBP2: Shtn1. Al inicio de la formación de los axones se produce una isoforma de mayor tamaño de la proteína SHTN1 que promueve el crecimiento del axón interaccionando con la actina y su polimerización. Posteriormente, cuando la expresión de PTBP2 disminuye, se detiene la producción de la isoforma más larga de SHTN1 y se produce una isoforma de menor tamaño. La ausencia de PTBP2 disminuye la producción de isoforma larga y detiene el crecimiento. “PTBP2 y SHTN1 nos proporcionan un punto de entrada para entender cómo se producen los cambios en procesado para promover el crecimiento axonal”, señala Zheng. “Podemos utilizar esta información para descubrir lo que ocurre a nivel celular y solo estamos en la punta del iceberg”.
Los resultados del trabajo proporcionan nuevas claves sobre el desarrollo nervioso, y describen un proceso más en el que interviene el procesado alternativo. Esta información podría ser relevante en el futuro para el desarrollo de tratamientos frente a algunas enfermedades. “Las enfermedades neurodegenerativas se manifiestan a menudo a partir de la degeneración axonal”, señala Zheng. “Necesitamos pensar sobre el procesado alternativo para entender la degeneración y regeneración de axones para terapias futuras, pero queda mucho trabajo por hacer”. El investigador destaca que puesto que el estudio ha sido realizado en células de ratón, estudios futuros deberán comprobar si los mismos mecanismos intervienen en las células humanas.
Referencia: Zhang M, et al. Axonogenesis Is Coordinated by Neuron-Specific Alternative Splicing Programming and Splicing Regulator PTBP2. Neuron. 2019. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.neuron.2019.01.022
Fuente: A match made in neural heaven: How a neuron grows an axon. https://news.ucr.edu/articles/2019/02/04/match-made-neural-heaven-how-neuron-grows-axon
