Los neurocientíficos descubren un papel sorprendente para la proteína ‘Frazzled’ en el sistema nervioso de la mosca de la fruta

Neurocientíficos de la Florida Atlantic University han descubierto un papel sorprendente para una proteína llamada «Frazzled» (conocida como DCC en los mamíferos) en el sistema nervioso de las moscas de la fruta, mostrando cómo ayuda a las neuronas a conectarse y comunicarse a la velocidad del rayo. El descubrimiento arroja luz sobre los mecanismos fundamentales que garantizan que las neuronas formen conexiones confiables, o sinapsis, un proceso esencial para todos los sistemas nerviosos, desde los insectos hasta los humanos.

En el estudio, los investigadores se centraron en el sistema de fibras gigantes (GF) de Drosophila, un circuito neuronal que controla el rápido reflejo de escape de esta mosca de la fruta. Con este trabajo, el equipo no sólo ha revelado un actor molecular clave en los circuitos neuronales de la mosca de la fruta, sino que también ha demostrado el poder de combinar genética, imágenes, fisiología y modelos computacionales para descubrir cómo los cerebros permanecen conectados y qué sucede cuando no lo hacen.

Los resultados, publicados en la revista eNeuro, revelan que cuando Frazzled falta o muta, el sistema falla: las neuronas no pueden formar conexiones eléctricas adecuadas, las respuestas neuronales de la mosca se ralentizan y la comunicación entre las neuronas GF y los músculos que controlan se debilita.

Estos defectos están relacionados con una pérdida de uniones comunicantes, pequeños canales que permiten a las neuronas transmitir señales de forma directa y rápida. En particular, el equipo descubrió que la pérdida de una proteína llamada agitador B (neural + 16), que forma estas uniones en las terminales presinápticas, es la base de gran parte del fallo.

Para comprender el papel preciso de Frazzled, los investigadores utilizaron una herramienta genética conocida como sistema UAS-GAL4 para reintroducir diferentes piezas de la proteína Frazzled en moscas mutantes. Sorprendentemente, sólo la porción intracelular de Frazzled, la parte dentro de la neurona que puede influir en la expresión genética, fue suficiente para restaurar tanto la estructura de las sinapsis como la velocidad de la comunicación neuronal. Cuando esta parte se interrumpió, por ejemplo eliminando un dominio clave llamado P3 o mutando un sitio crucial dentro de él, el rescate falló, lo que indica que el control de la actividad genética de Frazzled es esencial para construir uniones comunicantes.

Más allá de los experimentos de laboratorio, el equipo también creó un modelo computacional del sistema GF, simulando cómo el número de uniones gap afecta la capacidad de las neuronas para dispararse de manera confiable. El modelo confirmó que incluso pequeños cambios en la densidad de las uniones gap pueden alterar drásticamente la velocidad y precisión de las señales neuronales.

La combinación de trabajo experimental y computacional nos permitió ver no solo que Frazzled importa, sino exactamente cómo establece las conexiones que permiten a las neuronas comunicarse entre sí. Nuestros próximos pasos son explorar si mecanismos similares controlan los circuitos neuronales en otras especies, incluidos los mamíferos, y ver cómo esto puede influir en el aprendizaje, la memoria o incluso la reparación después de una lesión».

Rodney Murphey, Ph.D., autor principal y profesor de ciencias biológicas en la Facultad de Ciencias Charles E. Schmidt de la FAU

Curiosamente, si bien Frazzled se ha estudiado durante mucho tiempo como una molécula guía que ayuda a las neuronas a crecer por el camino correcto, el estudio reveló que su dominio intracelular también regula directamente la formación de sinapsis. Las moscas sin Frazzled a menudo mostraban neuronas creciendo en direcciones aleatorias, sin alcanzar sus objetivos. La restauración del dominio intracelular corrigió muchos de estos errores de orientación, lo que demuestra un doble papel para Frazzled tanto en el cableado de las neuronas como en el ajuste de su comunicación.

Este trabajo también establece paralelismos con otros organismos. Se ha demostrado que proteínas similares en gusanos y vertebrados influyen en las sinapsis químicas, lo que sugiere que Frazzled y sus parientes pueden desempeñar un papel ampliamente conservado en la configuración de las redes neuronales. Al mostrar cómo una sola proteína controla los aspectos físicos y funcionales de las sinapsis eléctricas, este estudio abre una ventana a las reglas fundamentales que gobiernan el sistema nervioso en su conjunto.

«Comprender cómo las neuronas forman conexiones confiables es una cuestión central en la neurociencia», dijo Murphey. «Frazzled nos da una idea clara de una pieza de este rompecabezas. Nuestros hallazgos podrían informar estudios futuros sobre el desarrollo neuronal, las enfermedades neurodegenerativas y las estrategias para reparar circuitos dañados».

Los coautores del estudio son el primer autor Juan López, Ph.D., becario postdoctoral en la Facultad de Ciencias Charles E. Schmidt; Jana Boerner, Ph.D., directora general del Advanced Cell Imaging Core del FAU Stiles-Nicholson Brain Institute; Kelli Robbins, personal de investigación del Departamento de Ciencias Biológicas de la FAU; y Rodrigo Peña, Ph.D., profesor asistente de ciencias biológicas en la Facultad de Ciencias Charles E. Schmidt.