Investigadores del laboratorio del profesor Ege Kavalali, de la Universidad Vanderbilt, han publicado un estudio en Nature Communications que revela el papel crucial de la separación de fases líquidas en la estructura nanoscópica de las sinapsis. Este hallazgo sugiere que la alteración de este proceso afecta a la neurotransmisión evocado, pero no a la espontánea, lo que podría tener implicaciones significativas para la comprensión de las funciones neuronales y las enfermedades neurológicas.
En el contexto neuronal, el citoplasma es acuoso, lo que permite la formación espontánea de fases líquidas distintas, definidas por diferentes concentraciones de macromoléculas. Este fenómeno, conocido como separación de fases líquido-líquido (LLPS), da lugar a condensados líquidos que funcionan como orgánulos sin membrana, enriquecidos en complejos de proteínas o ácidos nucleicos, que se separan de una fase diluida y menos concentrada. Esto se asemeja a la mezcla de aceite y agua, donde ambas sustancias, a pesar de ser líquidas, forman fases distintas.
Contribuciones clave de la investigación
Uno de los principales logros de este estudio fue la identificación de principios fundamentales de la biología de los condensados líquidos en la nanoorganización de la sinapsis. Los investigadores demostraron que múltiples interacciones proteicas trabajan en sinergia para compartmentalizar la sinapsis en zonas de señalización distintas. Además, se encontró que la organización del entorno presináptico, que incluye tanto las reservas de vesículas sinápticas como los complejos de andamiaje de la zona activa, es de naturaleza fluida, siendo los condensados líquidos dinámicos esenciales para una neurotransmisión eficiente y precisa.
Un hallazgo crucial del estudio es que la LLPS es necesaria en el nanodomino de la sinapsis. La interrupción de esta nanoorganización parece no afectar a la neurotransmisión espontánea, lo que subraya la especificidad de la LLPS en la dirección de la liberación evocado de neurotransmisores. Este tipo de liberación es el más conocido, ya que se activa mediante señales eléctricas que desencadenan la liberación de neurotransmisores en la sinapsis.
Por otro lado, la neurotransmisión espontánea se produce de manera independiente de potenciales de acción, desempeñando un papel fundamental en la plasticidad homeostática y en el desarrollo neuronal, siendo también un sustrato importante para la intervención en enfermedades psiquiátricas.
Lo que distingue a este estudio es su enfoque único, en el que la manipulación de los complejos de LLPS se realizó de manera independiente de las interacciones de dominios estructurados de proteínas, el tráfico proteico y perturbaciones genéticas. Este enfoque permitió establecer la especificidad a nivel nanoscópico y la relevancia fisiológica de la LLPS en la sinapsis, utilizando la electrofisiología para observar en tiempo real cómo la interrupción de la LLPS afecta la neurotransmisión.
La investigación no solo aclara las funciones de la LLPS en la sinapsis, sino que también abre nuevas vías para entender los mecanismos subyacentes a las enfermedades neurológicas y su tratamiento, destacando la importancia de seguir investigando la fisiología sináptica en la intersección entre estructura y función.
