La “danza” de las moléculas

La aplicación de un conjunto de técnicas experimentales biofísicas y estadísticas permitieron revelar aspectos de la dinámica espacio-temporal del receptor de acetilcolina, -una proteína sináptica de importancia en la transmisión nerviosa en el cerebro y en el músculo-, cuyas alteraciones están asociadas a un espectro de enfermedades neuro-psiquiátricas y neurológicas, como las enfermedades de Alzheimer, Parkinson, esquizofrenias, adicciones, dolor crónico, atrofia muscular, y enfermedades autoinmunes, entre otras, explica Francisco Barrantes, investigador superior del CONICET en el Instituto de Investigaciones Biomédicas (BIOMED, CONICET-UCA).

En una reciente investigación, liderada por Barrantes y cuyos primeros autores son Alejo Mosqueira (BIOMED) y Pablo Camino, de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales de la Universidad de Buenos Aires (FCEN), que fue publicada en la revista del grupo Nature, Scientific Reports, los científicos utilizaron microscopía óptica de superresolución estocástica (“STORM”) –utilizando el primer microscopio de este tipo en Argentina, construido en Bahía Blanca en 2008- para seguir la “danza”, como describe Barrantes, de miles de moléculas en la superficie de células vivas, con una resolución temporal de 10 milisegundos y una resolución espacial de alrededor de 40 nanómetros.

Barrantes describe el trabajo como “Un estudio de sociología molecular”, ya que se dilucidó, por un lado el “comportamiento dinámico poblacional, colectivo, de todas las moléculas receptoras, y por otro, el comportamiento de cada una de ellas, individualmente. Comprobamos que la mayoría de las moléculas se trasladaban de un modo anómalo, que se denomina ‘difusión sub-difusiva’, es decir, se movían en el plano de la membrana celular más lentamente que lo normal, y no por simple agitación térmica, al azar”.

Por otro lado, cuando estudiaron la traza de cada molécula individual encontraron que la trayectoria de todas las moléculas, desde las más lentas, sub-difusivas, hasta las más rápidas (súper-difusivas), constaba de dos fases: una, de pasos al azar aparentemente normales, -llamados Brownianos-, y otra,  que consistía de breves interrupciones (de milisegundos) en las que la molécula se detenía, restringiendo su movimiento a una pequeñísima superficie del orden de pocos nanómetros.

Por otro lado, explica el investigador que “se verificó que la composición de los lípidos del medio en el que las moléculas receptoras se desplazan -la membrana biológica- influye significativamente sobre el movimiento de los receptores”.

Modificando los niveles de colesterol de la membrana celular, los investigadores pudieron medir la influencia de este lípido neutro sobre la movilidad molecular y observaron que “los niveles de colesterol influyen sobre la capacidad del receptor de asociarse grupalmente, formando acúmulos, o por el contrario recorrer la superficie celular como un individuo solitario”, explica Barrantes.

Todos estos comportamientos, concluye el científico, así como la regulación ejercida por el colesterol sobre moléculas involucradas en la transmisión nerviosa, tienen importantes consecuencias funcionales. Las alteraciones de tales mecanismos podrían estar involucradas en ciertas disfunciones de la sinapsis que operan a través del neurotransmisor acetilcolina, en enfermedades del sistema nervioso central y periférico.