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Rastreo neuronal viral

El rastreo neuronal viral es el uso de un virus para rastrear vías neuronales , proporcionando un trazador autorreplicante . Los virus tienen la ventaja de la autorreplicación s...

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El rastreo neuronal viral es el uso de un virus para rastrear vías neuronales , proporcionando un trazador autorreplicante . Los virus tienen la ventaja de la autorreplicación sobre los trazadores moleculares, pero también pueden propagarse demasiado rápido y causar la degradación del tejido neuronal. Los virus que pueden infectar el sistema nervioso, llamados virus neurotrópicos , se propagan a través de conjuntos de neuronas espacialmente cercanos a través de sinapsis , lo que permite su uso en el estudio de redes neuronales conectadas funcionalmente. [1] [2] [3]

El uso de virus para etiquetar neuronas funcionalmente conectadas proviene del trabajo y bioensayo desarrollado por Albert Sabin . [4] Investigaciones posteriores permitieron la incorporación de técnicas inmunohistoquímicas para etiquetar sistemáticamente las conexiones neuronales. [4] Hasta la fecha, los virus se han utilizado para estudiar múltiples circuitos en el sistema nervioso.

Cartografía neuronal

Las conexiones individuales de las neuronas han eludido durante mucho tiempo a los neuroanatomistas . [5] Los métodos de rastreo neuronal ofrecen una visión sin precedentes de la morfología y la conectividad de las redes neuronales. Dependiendo del trazador utilizado, esto puede limitarse a una sola neurona o puede progresar transsinópticamente a neuronas adyacentes. Una vez que el trazador se ha propagado lo suficiente, la extensión puede medirse mediante fluorescencia (para colorantes) o mediante inmunohistoquímica (para trazadores biológicos). Una innovación importante en este campo es el uso de virus neurotrópicos como trazadores. Estos no solo se propagan por todo el sitio inicial de infección, sino que pueden saltar a través de las sinapsis . [ cita requerida ]

Ciclo de vida del virus

El ciclo de vida de los virus, como los que se utilizan para el rastreo neuronal, es diferente al de los organismos celulares . Los virus son parásitos por naturaleza y no pueden proliferar por sí solos. Por lo tanto, deben infectar a otro organismo y secuestrar eficazmente la maquinaria celular para completar su ciclo de vida.

La primera etapa del ciclo de vida viral se denomina entrada viral . Esta define la manera en que un virus infecta una nueva célula huésped. En la naturaleza, los virus neurotrópicos se transmiten generalmente a través de mordeduras o rasguños, como en el caso del virus de la rabia o ciertas cepas de virus del herpes . En los estudios de rastreo, este paso ocurre artificialmente, típicamente mediante el uso de una jeringa. La siguiente etapa del ciclo de vida viral se denomina replicación viral . Durante esta etapa, el virus se apodera de la maquinaria de la célula huésped para hacer que la célula cree más proteínas virales y ensamble más virus.

Una vez que la célula ha producido una cantidad suficiente de virus, el virus entra en la etapa de diseminación viral . Durante esta etapa, los virus abandonan la célula huésped original en busca de un nuevo huésped. En el caso de los virus neurotrópicos, esta transmisión se produce normalmente en la sinapsis . Los virus pueden saltar a través de un espacio relativamente corto de una neurona a la siguiente. Esta característica es lo que hace que los virus sean tan útiles en los estudios de trazadores. [ cita requerida ]

Una vez que el virus entra en la siguiente célula, el ciclo comienza de nuevo. La célula huésped original comienza a degradarse después de la etapa de desprendimiento. En los estudios con trazadores, esta es la razón por la que el tiempo debe controlarse estrictamente. Si se permite que el virus se propague demasiado, el microcircuito original de interés se degrada y no se puede recuperar ninguna información útil. Por lo general, los virus pueden infectar solo a una pequeña cantidad de organismos, e incluso entonces, solo a un tipo específico de célula dentro del cuerpo. La especificidad de un virus particular para un tejido específico se conoce como su tropismo . Los virus en los estudios con trazadores son todos neurotrópicos (capaces de infectar neuronas). [6]

Métodos

Infección

El trazador viral puede introducirse en órganos periféricos, como un músculo o una glándula . [7] Algunos virus, como el virus adenoasociado , pueden inyectarse en el torrente sanguíneo y atravesar la barrera hematoencefálica para infectar el cerebro. [8] También puede introducirse en un ganglio o inyectarse directamente en el cerebro mediante un dispositivo estereotáxico . Estos métodos ofrecen una perspectiva única sobre cómo se conectan el cerebro y su periferia.

Los virus se introducen en el tejido neuronal de muchas formas diferentes. Existen dos métodos principales para introducir trazadores en los tejidos diana.

  1. La inyección a presión requiere que el trazador, en forma líquida, se inyecte directamente en la célula. Este es el método más común.
  2. La iontoforesis implica la aplicación de corriente a la solución trazadora dentro de un electrodo. Las moléculas trazadoras toman una carga y son impulsadas hacia la célula a través del campo eléctrico. Este es un método útil si desea etiquetar una célula después de realizar la técnica de fijación de parche . [9]

Una vez que el trazador se introduce en la célula, los mecanismos de transporte antes mencionados toman el control. Luego, el virus comienza a infectar células en el área local una vez que ingresa al sistema nervioso. Los virus funcionan incorporando su propio material genético al genoma de las células infectadas. [10] La célula huésped producirá entonces las proteínas codificadas por el gen. Los investigadores pueden incorporar numerosos genes en las neuronas infectadas, incluidas las proteínas fluorescentes que se utilizan para la visualización. [10] Los avances posteriores en el rastreo neuronal permiten la expresión dirigida de proteínas fluorescentes a tipos de células específicos. [10]

Histología e imágenes

Una vez que el virus se ha propagado hasta el punto deseado, se corta el cerebro en rodajas y se coloca en portaobjetos. Luego, se aplican anticuerpos fluorescentes específicos para el virus o sondas de ADN complementarias fluorescentes para el ADN viral sobre las rodajas y se obtienen imágenes con un microscopio de fluorescencia . [9]

Dirección de transmisión

La transmisión de virus depende del mecanismo de transporte axoplásmico . Dentro del axón hay complejos proteínicos largos y delgados llamados microtúbulos . Actúan como un citoesqueleto para ayudar a la célula a mantener su forma. Estos también pueden actuar como autopistas dentro del axón y facilitar el transporte de vesículas y enzimas llenas de neurotransmisores de ida y vuelta entre el cuerpo celular, o soma , y ​​la terminal del axón, o sinapsis .

Los virus pueden transportarse en una de dos direcciones: anterógrada (del soma a la sinapsis) o retrógrada (de la sinapsis al soma). Las neuronas transportan de forma natural proteínas , neurotransmisores y otras macromoléculas a través de estas vías celulares. Los trazadores neuronales, incluidos los virus, aprovechan estos mecanismos de transporte para distribuir un trazador por toda la célula. Los investigadores pueden utilizar esto para estudiar los circuitos sinápticos.

Transporte anterógrado

El rastreo anterógrado es el uso de un trazador que se desplaza desde el soma hasta la sinapsis. El transporte anterógrado utiliza una proteína llamada kinesina para desplazar los virus a lo largo del axón en dirección anterógrada. [9]

Transporte retrógrado

El rastreo retrógrado es el uso de un trazador que se desplaza desde la sinapsis hasta el soma. El transporte retrógrado utiliza una proteína llamada dineína para desplazar los virus a lo largo del axón en dirección retrógrada. [9] [11] Es importante señalar que los distintos trazadores muestran afinidades características por la dineína y la kinesina, por lo que se propagarán a diferentes velocidades.

Transporte dual

En ocasiones, es conveniente rastrear las neuronas en sentido ascendente y descendente para determinar tanto las entradas como las salidas de los circuitos neuronales. Esto utiliza una combinación de los mecanismos anteriores. [12]

Beneficios y desventajas

Beneficios

Una de las ventajas de utilizar trazadores virales es la capacidad del virus de saltar a través de las sinapsis, lo que permite rastrear microcircuitos y realizar estudios de proyección. Pocos trazadores moleculares pueden hacer esto, y los que pueden hacerlo suelen tener una señal reducida en las neuronas secundarias, lo que conduce a la otra ventaja del rastreo viral: los virus pueden autorreplicarse. Tan pronto como la neurona secundaria se infecta, el virus comienza a multiplicarse y replicarse. No hay pérdida de señal a medida que el trazador se propaga a través del cerebro. [6]

Desventajas

A medida que los virus se propagan por el sistema nervioso, los trazadores virales infectan las neuronas y, en última instancia, las destruyen. Por ello, el momento de los estudios con trazadores debe ser preciso para permitir una propagación adecuada antes de que se produzca la muerte neuronal, lo que causaría daños a gran escala al organismo. [13]

Ha sido difícil encontrar virus perfectamente adecuados para esta tarea. Lo ideal es que un virus utilizado para el rastreo sea apenas un poco infeccioso para dar buenos resultados, pero no mortal como para destruir el tejido neuronal demasiado rápido o plantear riesgos innecesarios a las personas expuestas.

Otro inconveniente es que actualmente el rastreo neuronal viral requiere el paso adicional de unir anticuerpos fluorescentes a los virus para visualizar el camino. En cambio, la mayoría de los trazadores moleculares son de colores brillantes y pueden verse a simple vista, sin modificaciones adicionales.

Usos actuales

El rastreo viral se utiliza principalmente para rastrear circuitos neuronales. Los investigadores utilizan uno de los virus mencionados anteriormente para estudiar cómo las neuronas del cerebro están conectadas entre sí con un nivel de detalle muy fino. [14] La conectividad determina en gran medida cómo funciona el cerebro. Los virus se han utilizado para estudiar los circuitos ganglionares de la retina, [15] los circuitos corticales [16] y los circuitos espinales, entre otros.

Virus en uso

La siguiente es una lista de virus actualmente en uso con el propósito de rastreo neuronal.

Referencias

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