Etiquetado de proteínas diminutas para investigar las causas de la depresión
La capacidad, que tardó casi una década en alcanzarse, permite estudiar la regulación de la serotonina a un nuevo nivel, lo cual es importante debido al papel clave que desempeña la serotonina en la regulación del estado de ánimo, el apetito y el sueño, según los investigadores.
La proteína reguladora que los científicos marcaron con éxito se conoce como transportador de serotonina. Se extiende a través de la membrana que forma la superficie externa del nervio y actúa como una aspiradora que aspira las moléculas de serotonina hacia el cuerpo celular y las aleja de los receptores diana de serotonina en otras células, regulando la concentración de serotonina en el área alrededor de la célula.
Los transportadores de serotonina son un tema de investigación importante porque son el objetivo de los medicamentos más comunes utilizados para tratar la depresión, incluidos Prozac, Paxil y Lexapro, señalan los investigadores.
"Si está interesado en la salud mental, entonces los transportadores de serotonina son un tema ideal", dijo Sandra Rosenthal, Ph.D., la presidenta de química Jack y Pamela Egan, quien dirigió el estudio con Randy Blakely, Ph.D., el Allan D. Bass Catedrático de Farmacología y Psiquiatría.
Los investigadores observaron que los problemas con la regulación del transportador de serotonina también se han relacionado con el autismo. Hace dos años, Blakely y el genetista James Sutcliffe informaron del descubrimiento de múltiples cambios en la proteína transportadora de serotonina que hacen que el transportador se vuelva “hiperactivo” en personas con autismo.
Recientemente, Blakely y Jeremy Veenstra-VanderWeele, M.D., informaron que los ratones que expresan uno de estos transportadores de alto funcionamiento exhiben múltiples cambios de comportamiento que se asemejan a los cambios observados en niños con autismo.
Los intentos de comprender cómo funcionan estos transportadores se han visto limitados por la dificultad de estudiar su comportamiento, según los científicos.
"En el pasado, nos hemos limitado a las instantáneas que muestran la ubicación de las moléculas transportadoras en un momento específico", dijo el estudiante graduado de química Jerry Chang, quien desarrolló la técnica de marcado. "Ahora podemos seguir su movimiento en la superficie de las células en tiempo real y ver cómo se relacionan sus movimientos con la actividad de captación de serotonina".
Las etiquetas fluorescentes que utilizaron los investigadores son perlas a nanoescala llamadas puntos cuánticos hechos de una mezcla de cadmio y selenio. Las cuentas son solo un poco más grandes que las proteínas que están marcando: tendrías que unir 10,000 para abarcar el ancho de un cabello humano, explican los investigadores.
Los puntos cuánticos emiten luz de colores cuando se iluminan y pequeños cambios en su tamaño hacen que brillen en diferentes colores. Uno de los investigadores, Ian D. Tomlinson, Ph.D., desarrolló una cadena molecular especial que se adhiere al punto cuántico en un extremo y se adhiere a un derivado de un fármaco en el otro extremo que se une al transportador de serotonina.
Cuando una mezcla que contiene estos puntos cuánticos se incuba con células nerviosas cultivadas, el fármaco se adhiere al transportador. A medida que la proteína se mueve, arrastra el punto cuántico detrás de ella como un niño sosteniendo un globo con una cuerda, explicó. Cuando se ilumina el área, los puntos cuánticos aparecen en un microscopio como puntos de luz de colores.
Al poner en práctica su nuevo procedimiento, los investigadores observaron las extensiones de la célula nerviosa que están involucradas en la secreción de serotonina. A partir de investigaciones anteriores, los investigadores sospecharon que los transportadores se concentrarían en las partes ricas en colesterol de estas extensiones, denominadas balsas, aunque el nivel de resolución con los enfoques estándar era inadecuado para proporcionar pistas sobre lo que estaban haciendo allí.
Los estudios de puntos cuánticos demostraron que había dos transportadores distintos: los que pueden viajar libremente alrededor de la membrana y los que actúan como si no pudieran moverse. Encontraron que los transportadores inmóviles estaban ubicados en las balsas.
Cuando estimularon a la célula para aumentar la actividad del transportador, se sorprendieron de lo que sucedió. "Descubrimos que los transportadores en las balsas comenzaron a moverse mucho más rápido, mientras que el movimiento de la otra población no cambió en absoluto", informó Rosenthal.
Dado que los transportadores movilizados no abandonan las balsas, parecen moverse zumbando dentro de un compartimiento confinado, como si estuvieran liberados de las cadenas que normalmente los mantienen sujetos. Estas observaciones sugieren que es probable que las dos poblaciones estén controladas por diferentes vías reguladoras.
“Ahora que podemos observar la regulación de los transportadores realmente sucediendo, deberíamos ser capaces de descubrir la identidad de las proteínas de anclaje y las señales a las que estas proteínas responden que permiten a los transportadores alternar entre niveles de actividad bajos y altos”, dijo Blakely.
"Actualmente, los fármacos antidepresivos deben cerrar por completo los transportadores de serotonina del cerebro para lograr un beneficio clínico", agregó, y señaló que esto puede producir una serie de efectos secundarios desagradables, como náuseas, aumento de peso, problemas sexuales, fatiga y somnolencia.
“Al comprender los mecanismos básicos que naturalmente aumentan y disminuyen la actividad del transportador de serotonina, tal vez podamos desarrollar medicamentos que produzcan efectos secundarios más leves y tengan una eficacia aún mayor”, dijo. "Nuestro objetivo también se centra en transferir lo que hemos aprendido con los transportadores de serotonina normales a la comprensión de los transportadores hiperactivos que hemos encontrado en los niños con autismo".
Fuente: Universidad de Vanderbilt
