Este proyecto continua con nuestros estudios acerca de los mecanismos de liberación de transmisores por el cuerpo neuronal, que han sido financiados por la DGAPA en la década anterior. El soma (ó cuerpo neuronal) de distintos tipos de neuronas responde a la actividad eléctrica liberando grandes cantidades de transmisores químicos. El acoplamiento entre la excitación y la exocitosis somática es completamente diferente al de las terminales sinápticas e involucra varios pasos intermedios. Hemos demostrado en neuronas serotoninérgicas que el disparo neuronal en trenes de alta frecuencia induce la entrada de calcio y con ello activa el transporte de cúmulos de cientos de vesículas, desde el interior del soma hasta la membrana plasmática, donde éstas se fusionan. Hay ahora varias preguntas por responder ¿Cómo se activa el transporte? ¿Cómo ver y cuantificar directamente el transporte de las vesículas serotoninérgicas y su vaciamiento durante la fusión? Además sabemos que al acercarse a la membrana plasmática, las vesículas entran en la corteza de actina, pero desconocemos qué cambios conformacionales ocurren en ella y cómo regulan a la exocitosis. Más aún, la liberación somática de neurotransmisores ocurre en ausencia de contrapartes postsinápticas bien definidas y en muchos casos ocurre sobre células gliales. ¿Cuál es el papel de la glía en la transmisión extrasináptica? La glía como intermediaria de la comunicación extrasináptica plantea posibilidades extraordinarias para comprender esta modulación a largo plazo. La evidencia preliminar de mi laboratorio sugiere que la glía actúa como distribuidora de la serotonina liberada del soma, y con ello se extienden la latencia y el curso temporal de la transmisión. Además permite que la serotonina alcance sitios inaccesibles con base en su mera difusión extracelular. En este proyecto estudiaremos cómo la estimulación eléctrica evoca la movilización de vesículas serotoninérgicas del interior del citoplasma a la membrana celular y cómo la glía determina el destino extracelular de la serotonina liberada. Para ello utilizaremos un microscopio multifotónico construido por nosotros mismos que permite captar dos tipos de imágenes simultáneas en las neuronas vivas: la epifluorescencia emitida por la serotonina al ser estimulada con 3-6 fotones, y las segundas armónicas emitidas por la tubulina que transporta a las vesículas o por la corteza de actina-miosina. Los experimentos se harán en combinación con electrofisiología, microscopía electrónica y modelado matemático. Dado que la liberación somática y en general, extrasináptica (del soma, dendritas y varicosidades axonales) de transmisores da lugar a la modulación a distancia y a largo plazo en el sistema nervioso central, el dar respuesta a estas preguntas permitirá comprender mejor cómo se regula este tipo fundamental de comunicación en el sistema nervioso.

Conocer los mecanismos finos de la liberación de serotonina del cuerpo neuronal nos permite conocer como el origen de la serotonina responsable de la modulación en el sistema nervioso. Los meccanismos que hemos descubierto en nueronas de Retzius han probado ser de valor general para la liberación somática de diferentes neurotransmisores en vertebrados e invertebrados. Este es un campo nuevo y en pleno crecimiento en el que mi laboratorio está en la vanguardia. Más aún, con escalas de espacio y tiempo diferentes, es muy posible que la secreción somática en neuronas de Retzius sea similar a la liberación de serotonina de dendritas y varicosidades de neuronas centrales de mamíferos. Además nuestro estudio apunta a un interés clínico, ya que el conocer las etapas intracelulares de la liberación somática nos abrirá las puertas para analizar la farmacología del sistema serotoninérgico y estudiar a nivel celular los efectos de los antidepresivos, o cómo el litio regula nuestro estado de ánimo.