Estudiaremos las etapas intracelulares del acoplamiento entre la estimulación y la liberación somática de serotonina en neuronas. Analizaremos también el papel de los antidepresivos y el litio en la regulación de esta liberación. _x000D_ _x000D_ La liberación somática de serotonina es evocada por trenes de impulsos, y una vez que se induce ocurre en varias etapas que dan lugar a la exocitosis de grandes cantidades de transmisor al espacio extracelular. Este tipo de liberación parece ser fundamental para modular nuestra conducta y estados de ánimo. Además, suponemos que sus aportan a padecimientos siquiátricos como la depresión o el trastorno bipolar. _x000D_ _x000D_ Para nuestro estudio las neuronas de Retzius de la sanguijuela ofrecen numerosas ventajas. La liberación de serotonina de estas neuronas modula la conducta del animal. A nivel celular, el la secreción en respuesta a la estimulación eléctrica dura entre dos y cuatro minutos, lo que aunado a las 60 micras de diámetro del cuerpo neuronal ofrecen una ventana espacio-temporal estupenda para estudiar las etapas del transporte y la exocitosis en neuronas únicas. _x000D_ _x000D_ Las vesículas en reposo están en cúmulos distantes de 2 a 4 micras de la membrana plasmática y la estimulación eléctrica induce su transporte activo hacia ella, seguido por la exocitosis de su contenido. Tenemos evidencia de que este transporte vesicular es realizado inicialmente mediante motores acoplados a los microtúbulos y más adelante es modulado por la corteza de actina-miosina. A pesar de que un mecanismo similar se ha propuesto para la secreción somática de transmisores y hormonas en neuronas y células endocrinas excitables, en todos los casos desconocemos los detalles de los eventos intermedios, por lo que nuestro estudio pudiera tener interés general a otros sistemas._x000D_ _x000D_ En primera instancia nos interesa desarrollar una técnica para visualizar las etapas del transporte y la fusión de vesículas serotoninérgicas en respuesta a la estimulación eléctrica, haciendo uso de las propiedades moleculares intrínsecas de las células y evitando el uso de transfecciones o de marcadores intracelulares. El ensamble de proteínas del citoesqueleto, incluidos los microtúbulos y la miosina forman polímeros polares y anisotrópicos que generan segundas armónicas en respuesta a la iluminación con dos fotones. Por su parte, la serotonina emite fluorescencia a 500 nm cuando se ilumina con 6 fotones. Entonces, la iluminación de las neuronas con un laser de pulsos ultrarrápidos de titanio zafiro a 800 nm y una óptica de alta resolución deben permitir captar la epifluorescencia de la serotonina contenida en las vesículas y en paralelo, las segundas armónicas transmitidas a partir de la iluminación del citoesqueleto. El índice de polaridad de las segundas armónicas contiene información acerca de la anisotropía del cristal que las produce, o sea, de la organización. Por ello es posible captar y analizar sus cambios conformacionales durante el proceso. _x000D_ _x000D_ Usando técnicas ópticas multifotónicas acopladas a electrofisiología estudiaremos “in vivo” el transporte intracelular hacia la membrana plasmática de vesículas cargadas con serotonina en respuesta a la estimulación eléctrica. En la segunda etapa analizaremos el papel de sustancias antidepresivas y reguladoras de la conducta como el litio. Desacoplaremos a los motores para analizar las interacciones de las vesículas con los microtúbulos y la corteza de actina en diferentes etapas del recorrido. La secreción se medirá en tiempo real mediante la combinación de métodos ópticos, electroquímicos y mediante un sistema de medición electrofisiológica de capacitancia. Este sistema también está siendo desarrollado en mi laboratorio para captar la secreción en neuronas muy grandes con cantidades pequeñas de vesículas. _x000D_ _x000D_ En la primera etapa haremos la adquisición de datos en un microscopio multifotónico Olympus que tendremos en préstamo en el instituto de Fisiología Celular durante seis meses a partir de enero de 2010. La segunda etapa consiste en acabar de fabricar nuestro propio dispositivo óptico multifotónico, para lo cual ya colaboramos un grupo de científicos y estudiantes de neurociencias, física, computación e ingenierías. La información que obtengamos en este proyecto generará las condiciones para expandir este estudio al cerebro de ratones vivos, mediante el uso de la misma tecnología multifotónica. Además nos dará las bases para entender los mecanismos moleculares y biofísicos de las zonas activas para la liberación somática de transmisores y hormonas._x000D_

Pretendemos entender el mecanismo celular de liberación somática de serotonina. Debido a la importancia conductual y clínica de la serotonina, considero que nuestro trabajo contribuirá a entender mecanismos básicos de acción de este transmisor-hormona. _x000D_ _x000D_ Además, el mecanismo de secreción somática ha sido descrito ya en diferentes tipos de neuronas centrales y periféricas de vertebrados e invertebrados, por lo que parece ser bastante general en el sistema nervioso. Conocerlo se vuelve entonces interesante para entender la modulación de los circuitos neuronales, incluidos los nuestros._x000D_ _x000D_ Mediante la formación de estudiantes de tesis de licenciatura y doctorado combinando diferentes disciplinas, el proyecto contribuirá a la formación de recursos humanos con una visión combinada de los problemas biológicos a nivel celular y de la necesidad de desarrollar tecnologías de punta para resolverlos._x000D_ _x000D_