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Facultad de Ciencias

Nuestros Investigadores: Dr. Christian González-Billault

"El papel del citoesqueleto neuronal durante el desarrollo y en cerebro adulto"

Dr. Christian González-Billault, académico e investigador del Departamento de Biología de la Facultad de Ciencias

Dr. Christian González-Billault, académico e investigador del Departamento de Biología de la Facultad de Ciencias

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La morfología y tamaño de las células es esencial para entender su funcionamiento, y las células del sistema nervioso no son la excepción. En el cerebro tenemos dos tipos principales de células, neuronas y células gliales. Las funciones de cada uno de estos tipos celulares son diferentes. Mientras las neuronas son las encargadas de generar, trasmitir y procesar la información a través de impulsos nerviosos, las células gliales juegan un papel de soporte estructural, contribuyen a regular el metabolismo y algunas de las propiedades sinápticas. La formación del sistema nervioso esta regulada por un estricto control espacial y temporal. Es así que diferentes áreas del cerebro poseen mecanismos que aseguran que las neuronas que les compondrán nazcan, migren y diferencien terminalmente de forma estereotipada. Por lo tanto la serie de eventos que determina la identidad de un territorio en el sistema nervioso requiere controlar con precisión diferentes procesos entre los que se encuentran la determinación de territorios neurales, la proliferación de progenitores que darán origen a neuronas y células gliales, la migración de estos precursores una vez que abandonan el ciclo celular, la guía axonal, la diferenciación terminal y el establecimiento de redes neuronales integradas. Para todos estos procesos la participación del citoesqueleto neuronal es esencial. En las neuronas y células gliales el citoesqueleto esta constituido por los microtúbulos y los microfilamentos de actina. Ambos tipos celulares también poseen filamentos intermedios que en el caso de las neuronas son los neurofilamentos, y en el caso de las células gliales pueden ser la proteína glial acídica fibrilar (acrónimo en ingles GFAP) y la vicentina. Mientras microtúbulos y microfilamentos de actina son polímeros altamente dinámicos, los filamentos intermedios proveen de soporte estructural a las células.

En nuestro laboratorio estamos interesados en entender como la regulación de las propiedades dinámicas del citoesqueleto neuronal modulan los procesos fisiológicos de las neuronas, y como la alteración de estas propiedades dinámicas puede relacionarse con procesos neurodegenerativos. En los últimos 10 años hemos estudiado profusamente el papel de una proteína asociada a microtúbulos, la MAP1B, ya que es la primera de las MAPs que se expresa durante el desarrollo del sistema nervioso. Esta expresión temprana nos sugirió que esta proteína debería ser esencial para regular todos aquellos procesos que involucran cambios dinámicos en las neuronas durante el desarrollo del sistema nervioso y en el cerebro adulto. Para estudiar la función de MAP1B contamos con un modelo genético, obtenido a través de gene trapping y que representa una perdida de función de la proteína. Con este modelo hemos descrito que la proteína MAP1B es esencial para la sobrevida de ratones, ya que animales deficientes en MAP1B presentan una letalidad perinatal temprana. Desde el punto de vista celular y molecular hemos descrito que MAP1B es importante para permitir la migración de las neuronas en todas aquellas estructuras del cerebro que presentan una organización en capas celulares. Este es el caso de la corteza cerebral, el hipocampo y el cerebelo. También describimos que MAP1B es fundamental para los procesos de guía axonal que permite el viaje de axones dentro del cerebro siguiendo caminos trazados por moléculas de la matriz extracelular y solubles. Finalmente hemos demostrado que MAP1B promueve la elongación de los axones en las neuronas a través de mecanismos que involucran el control de la dinámica no solo de microtúbulos, sino también de microfilamentos de actina. Durante el último tiempo nos hemos interesado en el posible papel de esta proteína en el cerebro adulto, y hemos descrito su participación en la formación de estructuras especializadas en trasmisión sináptica, las espinas dendríticas. Actualmente hemos extendido estas observaciones a un compartimiento especifico de las sinapsis, el terminal presináptico, ya que tenemos evidencias que la MAP1B podría regular la liberación de neurotransmisores durante la transmisión sináptica.

Otro aspecto que nos interesa entender la aparición del axon en neuronas primarias. En este campo la pregunta es sencilla: ¿Qué determina que una neurona tenga solamente un axon, y varias dendritas? Para entender esta pregunta usamos un modelo de cultivo estereotipado que desarrolla la polaridad neuronal en etapas discretas. Y parte del laboratorio esta interesado en entender los procesos celulares y moleculares que contribuyen a la determinación del axon. Para ello nos hemos enfocado primariamente en la señalización dependiente de cAMP y en proteínas que mantendrían inhibida la función de p53 como dos posibles puntos de control de la elongación axonal. La comprensión de los fenómenos que regulan la polarización de neuronas, puede ser la base para entender como revertir los daños que se producen en traumas y que impiden la regeneración nerviosa.

Finalmente desde hace 3 años, nos hemos involucrado en un proyecto que se relaciona con entender como la señalización dependiente de una proteína quinasa cuya actividad parecía ser especifica de cerebro, puede regular diferentes aspectos de la fisiología nerviosa. Para llevar a cabo esta tarea establecimos una aproximación de Biologia de Sistemas para entender como la pérdida de función de cdk5 en cerebro puede relacionarse con nuevas funciones celulares asociadas a la actividad de esta quinasa. Y es así, que hemos hecho análisis bioinformáticos, de interactomica, proteómica y fosfoproteomica. Y actualmente estamos estudiando diferentes procesos que sugieren posibles nuevas funciones para esta quinasa en el sistema nervioso central y periférico.

La integración de las diferentes áreas de investigación del laboratorio nos permite entender de mejor forma como se establece el sistema nervioso durante el desarrollo, como funciona en condiciones normales, y como algunos parámetros se ven afectados durante la neurodegeneración.

 

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