Los científicos de Salk revelan los circuitos del circuito motor fundamental

Los científicos de Salk revelan los circuitos del circuito motor fundamental

LA JOLLA—Los científicos del Instituto Salk han descubierto la fuente de desarrollo de un tipo clave de neurona que permite que los animales caminen, un hallazgo que podría ayudar a allanar el camino para nuevas terapias para lesiones de la médula espinal u otras deficiencias motoras relacionadas con enfermedades.

Martyn Goulding, Profesor - Laboratorio de Neurobiología Molecular, Cátedra Frederick W. y Joanna J. Mitchell

Imagen: Cortesía del Instituto Salk de Estudios Biológicos

La médula espinal contiene una red de neuronas que pueden operar en gran medida de manera autónoma, lo que permite que los animales realicen movimientos de caminata rítmicos simples con una atención mínima, lo que nos permite, por ejemplo, caminar mientras hablamos por teléfono. Estos circuitos controlan propiedades como pisar con cada pie o marcar el ritmo de caminar o correr.

Los investigadores, dirigidos por el profesor Salk Martin Gouldingidentificó por primera vez qué neuronas en la médula espinal eran responsables de controlar una salida clave de este circuito de locomoción, a saber, la capacidad de activar y desactivar sincrónicamente los músculos opuestos para crear un movimiento de flexión suave (llamado alternancia flexor-extensor). Los hallazgos fueron publicados el 2 de abril en Neurona.

Los circuitos motores en la médula espinal se ensamblan a partir de seis tipos principales de interneuronas: células que interactúan entre los nervios que descienden del cerebro y los nervios que activan o inhiben los músculos. Goulding y su equipo habían implicado previamente a una clase de interneurona, las interneuronas V1, como un componente clave probable del circuito flexor-extensor. Sin embargo, cuando se extrajeron las interneuronas V1, el equipo vio que la actividad flexora-extensora aún estaba intacta, lo que los llevó a sospechar que otro tipo de célula también estaba involucrada en la coordinación de este aspecto del movimiento.

Las interneuronas V2b, responsables de un circuito de locomoción clave, aparecen en color verde con núcleos amarillos en la médula espinal, mientras que todas las demás neuronas son rojas.

Imagen: Cortesía del Instituto Salk de Estudios Biológicos

Para determinar qué otras interneuronas estaban en juego en el circuito flexor-extensor, el equipo buscó otras células en la médula espinal con propiedades similares a las de las neuronas V1. Al hacer esto, comenzaron a centrarse en otra clase de neuronas, cuya función no se conocía, las interneuronas V2b. Usando una configuración experimental especializada que permite monitorear la locomoción en la médula espinal, el equipo vio un patrón sincrónico de actividad flexora y extensora cuando las interneuronas V2b se desactivaron junto con las interneuronas V1.

El equipo también demostró que esta sincronicidad llevó a los ratones recién nacidos a mostrar una reacción similar al tétanos cuando se desactivaron los dos tipos de interneuronas: las extremidades se congelaron en una posición porque ya no tenían el equilibrio de excitación e inhibición que se necesita para mover.

Estos hallazgos confirman aún más la hipótesis planteada hace más de 120 años por el neurocientífico ganador del Premio Nobel, Charles Sherrington, de que la alternancia flexora-extensora es esencial para la locomoción en todos los animales que tienen extremidades. Propuso que células especializadas en la médula espinal, llamadas células de conmutación, realizaran esta función. Después de 120 años, Goulding y los investigadores ahora han descubierto la identidad de estas células de conmutación.

Las neuronas motoras del tobillo (azul) muestran los contactos sinápticos inhibidores (rojo) en sus cuerpos celulares, algunos de los cuales se derivan de las interneuronas V2b (amarillo).

Imagen: Cortesía del Instituto Salk de Estudios Biológicos

“Todo nuestro sistema motor se basa en flexor-extensión; este es el componente fundamental del movimiento”, dice Goulding, titular de la cátedra Frederick W. y Joanna J. Mitchell de Salk. "Si realmente desea comprender cómo se mueven los animales, debe comprender la contribución de estas células cambiantes".

Con una comprensión más profunda de la ciencia básica sobre cómo funciona este circuito flexor-extensor, los científicos estarán en una mejor posición para, por ejemplo, crear un sistema que pueda reactivar la médula espinal o imitar las señales enviadas desde el cerebro a la médula espinal. .

Sobre el Instituto Salk de Estudios Biológicos:

El Instituto Salk de Estudios Biológicos es una de las instituciones de investigación básica más importantes del mundo, donde profesores de renombre internacional investigan cuestiones fundamentales de las ciencias de la vida en un entorno único, colaborativo y creativo. Centrados tanto en el descubrimiento como en la orientación de futuras generaciones de investigadores, los científicos de Salk realizan contribuciones innovadoras a nuestra comprensión del cáncer, el envejecimiento, el Alzheimer, la diabetes y las enfermedades infecciosas mediante el estudio de la neurociencia, la genética, la biología celular y vegetal y disciplinas relacionadas.

Los logros de la facultad han sido reconocidos con numerosos honores, incluidos premios Nobel y membresías en la Academia Nacional de Ciencias. Fundado en 1960 por el pionero de la vacuna contra la polio Jonas Salk, MD, el Instituto es una organización independiente sin fines de lucro y un hito arquitectónico.