Biología |
THE MYSTERY OF BRAIN ENERGY AND THE SACRIFICE OF ASTROCYTES
For decades, generations of researchers have encountered the paradox of aerobic glycolysis after neuronal activity, a process that would involve producing energy less efficiently than is actually required. In recent years, the CECs Biology Lab has focused on examining this process and understanding how brain cells manage to maintain their energy level during the great changes in demand that characterize them. In this way, an important advance in this line of research is achieved, which was reported in the Proceedings of the National Academy of Sciences of USA, this is the identification of a molecular mechanism that allows neurons to obtain oxygen by inhibiting the breathing of their astrocytes neighbors. Astrocytes are cells that are more abundant in the human brain than neurons, these perform the dual task of generating and distributing energy blocks for neurons, a process known as neurometabolic coupling. One of the mysteries that has persisted for decades, is that although neuronal activity demands a lot of energy, this activity is accompanied by partial oxidation of glucose to lactate, rather than complete oxidation to CO2. Since oxygen is not lacking and total oxidation would generate 15 times more energy than partial oxidation, this phenomenon called aerobic glycolysis is a paradox.
Using advanced fluorescent imaging techniques, researchers found that neurons instruct astrocytes to turn on their aerobic glycolysis and at the same time turn off their mitochondrial respiration, a resource similar to that used by some tumor cells and yeast: The Crabtree effect. Aerobic glycolysis in the brain can then be understood as a strategy to redistribute oxygen to where it is most needed.
The work highlights the emerging role of astrocytes in brain function, broadening the concept of neurometabolic coupling by showing that astrocytes not only deliver glucose and lactate to the neurons, but also oxygen, thus ensuring information processing. The new mechanism also makes it possible to interpret the observations of Marcus Raichle's group on aerobic glycolysis in humans. As we age, our brain loses its ability to turn on aerobic glycolysis, a process similar to that seen in the early stages of Alzheimer's disease and other neurodegenerative diseases.
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Ignacio Fernández, CECs Biology Laboratory researcher and lead author of the study, he was recently awarded the prestigious EMBO (European Molecular Biology Organization) grant, which will enable him to continue his postdoctoral studies in France.
Ref.: Aerobic glycolysis controls glial respiration. Ignacio Fernández-Moncada, Iván Ruminot, Daniel Robles-Maldonado, Karin Alegría, Joachim W. Deitmer, L. Felipe Barros Proceedings of the National Academy of Sciences Feb 2018, 115 (7) 1623-1628; DOI: 10.1073/pnas.1716469115
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El Centro de Estudios Científicos (CECs) es una corporación de derecho privado, sin fines de lucro, dedicada al desarrollo, fomento y difusión de la investigación científica. El CECs fue fundado en 1984 como el Centro de Estudios Científicos de Santiago donde funcionó en una casa arrendada hasta el año 2000, momento en el que se mudó a Valdivia donde evolucionó para llegar a ser lo que es hoy. Desde su fundación el CECs ha sido dirigido por el físico Claudio Bunster. Luego de treinta y seis años de existencia, el CECs ha decidido renovar su sitio web, el cual se encuentra actualmente en construcción. En el intertanto las consultas pueden ser dirigidas a info@cecs.cl. Lo que sigue es un extracto de un folleto que fue producido justo después de que el centro se trasladara a Valdivia. Sentimos que estas palabras aún reflejan su espíritu: |
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Una pequeña banda de investigadores del Centro de Estudios Científicos (CECs) en Valdivia, Chile, comparte un sueño audaz, anticuado en esta era de la Gran Ciencia – la búsqueda irrestricta del conocimiento, en un pequeño instituto independiente de investigación de primera calidad. Sus miembros se han reunido durante un lapso de tiempo que abarca ya, más de un cuarto de siglo, para emprender una aventura intelectual que es riesgosa, estimulante y tremendamente productiva.
Ubicado entre los Andes y el Pacífico, en esta pequeña ciudad del sur, el CECs es uno de los pocos institutos en el mundo que trabajan en investigación de vanguardia en múltiples disciplinas, sin recibir recursos o estar afiliada a ninguna institución anfitriona. Sus investigadores son libres para desarrollar su mejor ciencia con independencia de las modas y sin restricciones burocráticas, en una atmósfera de colaboración y apoyo mutuo. El fruto de este esfuerzo se traduce en un flujo permanente de ideas innovadoras, con estudiantes altamente capacitados y resultados que son publicados en revistas especializadas. El Centro ha demostrado lo errado de los prejuicios y escepticismo relacionados con su pequeño tamaño, al ubicar a Chile, con la capacidad de sus integrantes y audaz estrategia, en el mapa mundial de la ciencia, revolucionando de paso el modelo tradicional de estructurar la ciencia en Chile y mostrando – con su ejemplo – cómo “lograr más con menos”. Sus investigadores hablan en tono de curiosidad, maravilla y ocasionalmente orgullo al describir su emocionante viaje por aguas inexploradas. La estrategia del CECs es sustentar un entorno científicamente rico donde la ciencia y los científicos son lo primordial – atrayendo a las mejores personas, apoyándolos adecuadamente y ofreciéndoles libertad para perseguir sus sueños. ” |
La actual tripulación del centro es la siguiente: |