Comunicación celular basada en la vía de señalización de Notch

Abstract

El mapa de las conexiones neuronales de numerosas regiones del cerebro es un objetivo importante de la Neurociencia actual. Existe un acuerdo general de resolver las conexiones de un circuito neuronal que es un paso crucial para comprender cómo funciona el cerebro y cómo se ve afectada su función cerebral. Por este motivo, las nuevas técnicas de mapeo neuronal son esenciales para dilucidar la conectividad cerebral. La activación transcelular de la transcripción (TRACT) es una técnica de trazado neural codificada genéticamente, y basada en la lógica de la vía de señalización Notch desarrollada por el laboratorio Carlos Lois. Una vez que el receptor interactúa con su ligando, se desencadenan un par de escisiones proteolíticas secuenciales para liberar su fragmento intracelular y regular la expresión de los genes controlados por dicho dominio intracelular. Aunque esta técnica funciona para detectar algunas conexiones entre las células neuronales y gliales en el cerebro de Drosophila, el sistema aún presenta un alto nivel de activación independiente del ligando en las células receptoras. Para mejorar la eficiencia de dicho sistema, hemos modificado diferentes dominios del receptor Notch, descubriendo que la localización del ligando y el receptor en sinapsis mejora el sistema. Entre todas las modificaciones analizadas, hemos encontrado que el dominio de la región reguladora negativa Notch (NRR) no es necesario para la activación del receptor Notch. Además, el dominio juxtatransmembrana (jTMD), una secuencia de tan solo 12 aa, puede actuar como mecanosensor en ausencia del dominio NRR. Además, el Notch jTMD de otras especies, otras proteínas transmembrana e incluso múltiples secuencias artificiales sin ninguna estructura o secuencia específica también pueden actuar como mecanosensores. Estos resultados indican que pequeñas secuencias de aminoácidos son capaces de detectar fuerzas mecánicas y pueden ser extrapolados a muchas otras proteínas, regulando dicha fuerza muchos procesos celulares desconocidos.

The mapping of the connectivity of various neural circuits across numerous brain regions is a major goal of modern neuroscience. There is a general agreement that solving a circuit's wiring diagram is a crucial step towards understanding how the brain works together and how brain function is affected if any neuronal structure is disrupted. For that, the rising of neural mapping technology is essential to elucidate brain connectivity. Transcellular activation of transcription (TRACT) is a novel genetically encoded neurotracer technique based on the logic of the Notch signalling pathway developed by Carlos Lois laboratory. Once the synthetic receptor interacts with its ligand, a couple of sequentially proteolytic cleavages are triggered to release its intracellular fragment and regulate the downstream reporter gene's expression. Although this technique works to detect some connections between neuronal and glial cells in the Drosophila brain, the system still presents a high level of background ligand independent activation in the receiver cells, decreasing the signal-to-noise ratio. To improve the efficiency of the system, we engineered different domains of the Notch receptor. We have found that localizing the ligand and receptor to the synaptic cleft enhances the system's inducibility. Among all the modification analyzed, we have found that the Notch negative regulatory region (NRR) domain is not required for Notch receptor activation. Also, the jTMD, a short sequence of only 12 aa, can act as mechanosensor in the absence of the NRR domain. Furthermore, the Notch jTMD from other species, other transmembrane proteins, and even multiple artificial sequences without any specific structure or sequence can also act as mechanosensory. These results indicate that short amino acid sequences are capable of sensing mechanical forces and ca be shared for more proteins.