En este proyecto continuaremos estudiando la liberación somática de serotonina, con énfasis en el mecanismo intracelular de la movilización de vesículas hacia la membrana plasmática y su fusión en respuesta a la actividad eléctrica. La serotonina modula múltiples conductas a lo largo de toda la escala zoológica, muchas de las cuales están conservadas desde los invertebrados hasta los mamíferos superiores. Tales son los casos de la agresión y de las conductas dependientes de la generación de patrones rítmicos, como la locomoción, el nado o la alimentación. Además, disfunciones del sistema serotoninérgico se asocian a enfermedades como la depresión, el trastorno bipolar y la esquizofrenia. La mayor parte de los efectos tan diversos inducidos por la serotonina, ocurren en sitios distantes a las neuronas que la liberan. Esto, aunado a la ausencia de conexiones sinápticas directas ha sugerido que la mayor parte de los efectos de la serotonina son paracrinos, generados a partir de la liberación dendrosomática en grandes cantidades, en sitios conocidos genéricamente como extrasinápticos. Se desconoce cómo están estructurados estos sitios y cuáles son los mecanismos detallados de este tipo de liberación, aunque se sabe que son muy distintos a los de la liberación de transmisores en terminales sinápticas. La liberación somática de serotonina fue demostrada directamente en mi laboratorio, usando neuronas de Retzius de la sanguijuela. En estas neuronas, la liberación somática depende de la frecuencia de disparo, cuyo intervalo dinámico está entre 3 y 20 Hz; es dependiente de la entrada de calcio a partir de canales tipo L y de la liberación de calcio inducida por calcio, y ocurre a partir de la fusión de vesículas electrodensas con la membrana plasmática. La liberación somática de transmisores y cotransmisores se ha demostrado recientemente en un catálogo creciente de neuronas de vertebrados e invertebrados y aunque algunos de los mecanismos globales parecen ser compartidos, los mecanismos intracelulares para la movilización y la fusión de las vesículas permanecen desconocidos en todos los casos. Por ello, su estudio permitiría conocer a mayor profundidad las bases intracelulares y moleculares de la modulación conductual. Los resultados que hemos obtenido en los dos años anteriores indican que el acoplamiento entre la entrada de calcio y la fusión vesicular es complejo, con una gran cooperatividad. Esto podría explicarse con base en la estructura de la zona activa, en la que existen una gran cantidad de interacciones moleculares. Nuestra hipótesis es que la entrada de calcio transmembranal favorece la fusión de las vesículas cercanas a la membrana y paralelamente la aproximación de cúmulos de vesículas citoplásmicas hacia la membrana. Entre las preguntas que queremos contestar están: qué proteínas conforman los motores moleculares para la movilización vesicular, cómo los activa la entrada de calcio, cómo es la estructura de los sitios de liberación somática y cómo ésta determina la función, y también como es la relación entre la fusión y la endocitosis. El viraje de mi laboratorio para abordar estas preguntas incluyó el montaje de una gran cantidad de técnicas nuevas en los dos últimos años y las tesis de doctorado y licenciatura de varios estudiantes en el laboratorio. Yo mismo he realizado parte de ellos durante mi estancia sabática en la Universidad de Stanford, E.U. Los progresos se ilustran en el apéndice impreso que acompaña a la presente solicitud, y parte de nuestros datos están en el proceso de análisis y escritura. En el proyecto que aquí presento propongo continuar con estos estudios. En nuestros experimentos seguiremos utilizando neuronas serotoninérgicas de Retzius del sistema nervioso central de la sanguijuela, cuyas propiedades las hacen ideales para este tipo de estudios. Combinaremos registros electrofisiológicos, imágenes fluorescentes con TIRF y confocales para medir calcio y fusión vesicular, además de microscopía y tomografía electrónicas en neuronas cultivadas. Algunas proteínas participantes en la movilización de las vesículas serán identificadas mediante anticuerpos y posteriormente estudiaremos su función mediante manipulaciones farmacológicas simultáneas al monitoreo de la secreción.

Se trata de un proyecto de ciencia básica en el que pretendemos entender el mecanismo celular de liberación somática de serotonina. Debido a la importancia conductual y clínica de la serotonina, considero que el trabajo podría ayudar a entender mecanismos básicos de acción de este transmisor-hormona. Asimismo, en términos generales, el mecanismo de secreción somática ha sido descrito muy recientemente en neuronas, pero cada vez se demuestran más ejemplos, por lo que en un futuro próximo promete consolidarse como un mecanismo general de liberación de sustancias moduladoras. Mediante la formación de estudiantes de tesis de licenciatura y doctorado, el proyecto contribuirá a la formación de recursos humanos