Los procesos de aprendizaje, la memoria, el desarrollo del cerebro, su homeostasis y la recuperación tras lesiones cerebrales dependen fuertemente de la llamada “plasticidad neuronal”. La habilidad de las neuronas de modificar la eficacia de la transmisión sináptica está definida por una serie de cambios morfológicos que posibilitan la reorganización de su estructura, funciones e interacciones con estímulos externos. Esta particular reorganización, y sus implicancias fisiológicas, posee aún aspectos parcialmente descriptos y, en especial, los detalles de dicha reorganización no han sido visualizados in situ en tiempo real.
En este proyecto empleamos nanopartículas fluorescentes (quantum dots) para marcar específicamente al receptor cannabinoide de tipo 1 (CB1)1 (Figura 1) y realizar un seguimiento de partícula única del mismo mediante microscopía de super resolución. El uso de quantum dots bioconjugados -dirigidos a receptores o proteínas específicas de la membrana celular- junto con el seguimiento de partícula única en tiempo real han dado origen al método nanoPaint,2 el cual se presenta como una plataforma de nano-microscopia con potencial para reconstruir la membrana celular en 3D y develar su reestructuración dinámica durante tiempos largos de adquisición (gracias a la fotoestabilidad de los quantum dots). El seguimiento de partícula única posibilita la acumulación de localizaciones espaciales en 3D y, por ende, la reconstrucción en tiempo real de la membrana celular en todo el cuerpo celular. Debido a que dicha reconstrucción de la membrana ocurre en simultáneo con los procesos de transmisión sináptica, es posible develar los cambios estructurales que ocurren en la zona de la sinapsis (botón sináptico y hendidura sináptica, Figura 2) durante la estimulación o inhibición del receptor CB1. La estimulación de este receptor ha sido relacionada con una retracción axonal debida a una contracción del citoesqueleto de actomiosina.3 Esto induce un rápido remodelado neuronal que incluye la retracción de neuritas y de conos de crecimiento axonales, así como una elevada rigidez neuronal y el remodelado de la morfología somato-dendrítica. También se ha demostrado recientemente que la estimulación del receptor CB1 induce una reorganización de las vesículas sinápticas.4 Con el método nanoPaint se busca caracterizar estas deformaciones en la zona sináptica, en tiempo real, y con elevada resolución espacial y temporal (Figura 3).
Colaboradores:
Dr. Diana Zala, Dr. Zsolt Lenkei. Institut de Psychiatrie et Neurosciences de Paris, INSERM, Francia.
Prof. Alicia Brusco, Prof. Laura Caltana, y becaria doctoral Lic. Nerina Villalba. Instituto de Biología Celular y Neurociencias, Facultad de Medicina, UBA, CONICET, Argentina.
Dr. Thomas Pons, Prof. Nicolas Lequeux. Laboratoire de Physique et d’Etude de Matériaux, ESPCI ParisTech, CNRS, Francia.
Dr. Guillaume van Niel y becaria doctoral Lic. Maribel Lara Corona. Institut de Psychiatrie et Neurosciences de Paris, INSERM, Francia.
Referencias
