Impulso neuronal: se descubre el papel clave del lactato en el desarrollo del cerebro

Resumen: Los investigadores descubrieron el papel fundamental que desempeña el lactato en el desarrollo de células madre neurales en neuronas especializadas. Descubrieron que el lactato envía señales a estas células, ayudando en la modificación y fortalecimiento de las funciones neuronales.

El estudio descubre cómo el lactato, un subproducto del ejercicio y el metabolismo, puede desempeñar un papel vital en el desarrollo del cerebro y la diferenciación neuronal. Esto podría conducir a métodos potenciales de utilización de la señalización del lactato para prevenir o controlar enfermedades cognitivas.

Hechos clave:

Fuente:Universidad de Tohoku

Científicos de la Universidad de Tohoku han descubierto el papel fundamental que desempeña el lactato para ayudar a que las células madre neurales se conviertan en neuronas especializadas, un proceso denominado diferenciación neuronal.

También desenterraron un medio por el cual el lactato envía señales a las células, ayudando a modificar y fortalecer las funciones neuronales.

Los detalles de su estudio se publicaron en el Journal of Biological Chemistry el 10 de junio de 2023.

El lactato es un subproducto del ejercicio y el metabolismo. La glucosa se convierte en lactato cuando el suministro de oxígeno a las células es limitado, lo que proporciona al cerebro una fuente de energía.

Los niveles de lactato en el cerebro fetal aumentan a partir del estado medio de la gestación, destacando el importante papel que tiene en el desarrollo cerebral y la diferenciación neuronal.

Estudios e informes recientes han demostrado que el lactato es un componente vital de nuestro sistema nervioso.

Han demostrado que el lactato funciona como una importante molécula de señalización celular en el sistema nervioso y que el metabolismo del lactato participa en funciones neuronales, incluida la neuroplasticidad y la consolidación de la memoria.

Sin embargo, hasta ahora se desconoce el papel de la señalización del lactato en las células neuronales.

"Dada la creciente evidencia que demuestra que el lactato proporciona funciones reguladoras de señales en varios tipos de células en condiciones fisiológicas y patológicas, planteamos la hipótesis de que el lactato afecta la función neuronal mediante el cambio de la expresión genética integral", dice el profesor Ryoichi Nagatomi de la Escuela de Graduados en Ingeniería Biomédica e Ingeniería Biomédica de la Universidad de Tohoku. líder del equipo de investigación junto con el estudiante de doctorado Yidan Xu y el profesor asociado Joji Kusuyama de la Universidad Médica y Dental de Tokio.

Los investigadores probaron su hipótesis examinando la regulación genética de las células tratadas con lactato cuando NDRG3, una proteína previamente identificada para mediar la regulación genética cuando hay lactato presente, se eliminó de la célula de neuroblastoma SH-SY5Y.

Descubrieron que el lactato ayuda con la diferenciación neuronal a través de formas que dependen de NDRG3 y formas que no. Además, identificaron que dos factores de transcripción específicos, TEAD1 y ELF4, están controlados tanto por el lactato como por NDRG3 durante la diferenciación neuronal.

Nagatomi y su equipo creen que sus hallazgos no sólo amplían el conocimiento básico sobre el lactato, sino que también podrían servir como base para aprovechar la señalización del lactato para fomentar el ejercicio o diseñar fármacos como forma de prevenir o controlar enfermedades cognitivas.

“Nuestros hallazgos proporcionan una nueva visión de los mecanismos por los cuales los altos niveles de lactato sérico inducidos por el ejercicio pueden afectar beneficiosamente al sistema nervioso.

"Además, dado que se pueden medir los cambios en los niveles de lactato causados ​​por el ejercicio humano, los cambios adaptativos en la función cerebral, como la cognición y la memoria, se pueden comprender mejor cuando se consideran los cambios en el nivel de lactato".

De cara al futuro, el equipo planea investigar más a fondo la función reguladora del lactato en el desarrollo de las neuronas y el cerebro.

Autor:Relaciones públicasFuente:Universidad de TohokuContacto:Relaciones Públicas - Universidad de TohokuImagen:La imagen está acreditada a Neuroscience News.

Investigacion original: Acceso abierto. “El lactato promueve la diferenciación neuronal de las células SH-SY5Y mediante conjuntos de genes sensibles al lactato a través de maneras dependientes e independientes de NDRG3” por Ryoichi Nagatomi et al. Revista de química biológica

Abstracto

El lactato promueve la diferenciación neuronal de las células SH-SY5Y mediante conjuntos de genes que responden al lactato a través de maneras dependientes e independientes de NDRG3

Informes recientes muestran que el lactato funciona como una molécula de señalización para regular la expresión genética y la estabilidad de las proteínas. Sin embargo, aún se desconocen las funciones de la señalización del lactato en las células neuronales.

Aquí, demostramos que el lactato promueve todas las etapas de diferenciación neuronal de SH-SY5Y y Neuro2A, líneas celulares de neuroblastoma humano y de ratón, caracterizadas por una mayor expresión de marcadores neuronales y las tasas de extensión de neuritas.

La transcriptómica reveló muchos conjuntos de genes que responden al lactato, como SPARCL1 en SH-SY5Y, Neuro2A y células neuronales embrionarias primarias de ratón. Los efectos del lactato sobre la función neuronal estuvieron mediados principalmente a través de los transportadores de monocarboxilato 1 (MCT1).

Descubrimos que el miembro 3 de la familia NDRG (NDRG3), una proteína de unión a lactato, se expresó altamente y se estabilizó mediante el tratamiento con lactato durante la diferenciación neuronal. La secuencia de ARN combinativa de SH-SY5Y con tratamiento con lactato y eliminación de NDRG3 muestra que los efectos promotores del lactato en la diferenciación neuronal se regulan a través de maneras independientes y dependientes de NDRG3.

Además, identificamos que el miembro 1 de la familia del dominio TEA (TEAD1) y el factor de transcripción 4 relacionado con ETS (ELF4) son los factores de transcripción específicos que están regulados tanto por el lactato como por NDRG3 en la diferenciación neuronal. TEAD1 y ELF4 afectan de manera diferente la expresión de genes marcadores neuronales en células SH-SY5Y.

Estos resultados resaltan las funciones biológicas del lactato extracelular e intracelular como molécula de señalización crítica que modifica la diferenciación neuronal.

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