Formulación de la máxima verosimilitud en corrientes generadas por pocos canales iónicos: cómo extraer información cinética de fluctuaciones aleatorias

MOFFATT LUCIANO

Huerta Grande, Córdoba, Argentina

Taller; VIII Taller Argentino de Neurociencias; 2006

Las unidades de procesamiento de la información más pequeñas y veloces del sistema nervioso son los distintos canales iónicos de la membrana que regulan el pasaje de iones en respuesta a distintos estímulos. La cinética de los cambios conformacionales de los canales se conoce con un detalle inigualado gracias a la observación de canales únicos mediante la técnica de patch clamp. El desarrollo de otras técnicas de observación de moléculas únicas permitirá obtener una resolución similar en otros sistemas moleculares. La cinética de los canales se determina a partir de los registros de canal único utilizando un algoritmo de máxima verosimilitud. Este algoritmo permite determinar todos los parámetros cinéticos de un esquema cinético dado, siempre que el registro de canal único sea suficientemente largo y de adecuada resolución temporal. Si se tiene un registro de miles de canales, entonces con un algoritmo no lineal de cuadrados mínimos se pueden estimar gran parte de (a veces todos) los parámetros cinéticos. Si el número de canales es del orden de unos pocos se puede utilizar una extensión del algoritmo para canal único que escala como (nro de canales)2.(nro de estados-1) su requerimiento de memoria. Recientemente (Biophysical Journal 88:2494) se ha propuesto un algoritmo de máxima verosimilitud que podría servir en el caso intermedio, en el cual el número de canales es de unas pocas decenas. Este algoritmo se basa en aproximar la distribución multinomial de los estados de los canales con una distribución normal. En el algoritmo recientemente publicado, esta distribución esta dada a priori por el modelo cinético propuesto. De este modo no se hace uso de toda la información existente en las fluctuaciones aleatorias, las cuales son significativas debido al reducido número de canales. En el presente trabajo se soluciona dicho problema. Se propone un algoritmo de máxima verosimilitud recursivo que es una aproximación multinormal a la extensión del algoritmo de canal único. El requerimiento de memoria del algoritmo presentado es independiente del número de canales y del orden de (nro de estados)2. Este novedoso algoritmo permite estimar los parámetros de modelo cinéticos (incluyendo el número de canales y la conductividad del canal) a partir de un registro de canales múltiples en condiciones de estado de equilibrio dadas las condiciones adecuadas de resolución temporal y duración del registro.