Usando una nueva herramienta optogenética, los investigadores han controlado con éxito, reproducen y visualizan señales del receptor de serotonina en las células neurales. Para tal fin, modificaron un receptor de membrana fotosensible en el ojo, a saber, melanopsina. Como resultado, pudieron encender y apagar el receptor con luz; también actuó como un sensor que indica mediante fluorescencia si se habían activado vías de señalización específicas en la célula.

El sensor fue, es más, diseñado específicamente para migrar a los dominios de las células neurales que son sensibles al neurotransmisor serotonina. El equipo de Ruhr-Universität Bochum, encabezada por Dennis Eickelbeck y el profesor Stefan Herlitze, describió su proyecto en la revista Biología de las comunicaciones de la naturaleza el 14 de febrero de 2019.

Activación de vías de señalización con luz

La melanospina es un receptor acoplado a proteína G capaz de controlar vías de señalización específicas en las células. En estudios anteriores, el equipo del Departamento de Zoología General y Neurobiología de Bochum había desplegado el receptor como herramienta optogenética. Habiendo modificado el receptor, los biólogos pudieron encenderlo con luz azul y apagarlo con luz amarilla. Por lo tanto, podrían activar varias vías de señalización acopladas a proteína G en células neurales usando luz.

En su estudio actual, los investigadores optimizaron la herramienta y la convirtieron en un sensor que indica si se ha activado una vía de señalización acoplada a proteína G. El truco:una vez que se activa dicha vía de señalización, aumenta la concentración de iones de calcio en la célula. Los investigadores fusionaron melanopsina con una proteína indicadora de calcio, cuya intensidad de fluorescencia aumenta tras un aumento de la concentración de calcio en la célula. Por tanto, la luz verde indicó que se había activado una vía de señalización acoplada a proteína G.

Código de dos colores

Después, los biólogos agregaron dos funciones más a su sensor, es decir, el sensor local de calcio-melanopsina, Camello para abreviar. Integraron una segunda proteína fluorescente que emite fluorescencia roja de forma permanente.

Monitoreando la luz roja, pudieron localizar el sensor en las celdas, independientemente de si una vía de señalización estaba encendida o no. Así, una luz roja indicó que el sensor Camello estaba presente, mientras que una luz verde adicional mostró que había activado vías de señalización.

Tráfico de receptores en dominios específicos

Finalmente, los investigadores agregaron un fragmento de un receptor de serotonina a Camello. Como resultado, el sensor fue enviado a los dominios de la célula donde los receptores de serotonina se encuentran naturalmente.

"Dado que la serotonina está involucrada en numerosos procesos en el sistema nervioso central, también juega un papel importante en muchos trastornos, como la depresión, esquizofrenia, ansiedad y migraña. Esperamos que facilitando una investigación detallada sobre el transporte, localización y actividad de receptores relevantes, nuestra herramienta nos ayudará a comprender los mecanismos subyacentes a estas enfermedades, "dice Dennis Eickelbeck.