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Científicos descubren ‘una nueva forma en que funciona la biología’

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Científicos descubren ‘una nueva forma en que funciona la biología’

Químicos de Nebraska han descubierto que una alteración natural ultramenor de una molécula puede dictar qué receptores neuronales activará un neurotransmisor. Aunque el equipo descubrió el fenómeno en una especie de babosa de mar propiedad del químico James Checco, los hallazgos deberían aplicarse a una variedad de animales, incluso potencialmente a los humanos. Crédito: Craig Chandler | Universidad de Nebraska-Lincoln

La señalización neuronal puede ser alterada por moléculas de imagen especular.

Con la ayuda de algunas babosas de mar, los químicos de la Universidad de Nebraska-Lincoln han descubierto que uno de los cambios más pequeños posibles en una biomolécula puede causar una de las consecuencias más significativas imaginables: dirigir la activación de las neuronas.

Su investigación se centró en los péptidos, que son cadenas cortas de[{» attribute=»»>amino acids capable of transmitting signals between cells, including neurons. These peptides are present in the central nervous systems and bloodstreams of most animals. An amino acid in a peptide can take on one of two forms, L or D, which consist of the same atoms connected in the same way but arranged in mirror-image orientations.

Chemists often think of those two orientations as the left and right hands of a molecule. The L orientation is by far the more common in peptides, to the point of being considered the default. But when enzymes do flip an L to a D, the seemingly minor about-face can turn, say, a potentially therapeutic molecule into a toxic one, or vice versa.

Left Right Hands Amino Acid

A basic rendering of the left and right hands of the same amino acid. Credit: University of Nebraska-Lincoln

Now, Husker chemists James Checco, Baba Yussif, and Cole Blasing have revealed a whole new role for that molecular mirroring. For the first time, the team has shown that the orientation of a single amino acid — in this case, one of dozens found in the neuropeptide of a sea slug — can dictate the likelihood that the peptide activates one neuron receptor versus another. Because different types of receptors are responsible for different neuronal activities, the finding points to another means by which a brain or nervous system can regulate the labyrinthine, life-sustaining communication among its cells.

“We’ve discovered a new way that biology works,” said Checco, assistant professor of chemistry at Nebraska. “It’s nature’s way of helping to make sure that the peptide goes to one signaling pathway versus the other. And understanding more about that biology will help us to be able to take advantage of it for future applications.”

Checco’s interest in neuropeptide signaling dates back to his time as a postdoctoral researcher, when he came across the first study to show evidence of a peptide with a D-amino acid activating a neuron receptor in sea slugs. That particular receptor responded to the peptide only when it contained the D-amino acid, making its flip from L to D akin to an on/off switch.

James Checco, Baba Yussif, and Cole Blasing

Nebraska chemists James Checco (center), Baba Yussif (right) and Cole Blasing. Credit: Craig Chandler | University of Nebraska–Lincoln

Eventually, Checco himself would identify a second such receptor. Unlike the one that had initially sparked his interest, Checco’s receptor responded both to a peptide featuring all L-amino acids and the same peptide with a single D. But the receptor was also more responsive to the all-L peptide, activating when introduced to smaller concentrations of it than its D-containing counterpart. Instead of an on/off switch, Checco seemed to have found something closer to a dimmer.

“We were left wondering: Is this the whole story?” Checco said. “What’s really going on? Why make this D molecule if it’s even worse at activating the receptor?”

The team’s newest findings, detailed in the journal Proceedings of the National Academy of Sciences, hint at an answer inspired by a hypothesis. Maybe, the team thought, there were other receptors in the sea slug sensitive to that D-containing peptide. If so, maybe some of those receptors would respond differently to it.

Yussif, a doctoral candidate in chemistry, went to work searching for sea slug receptors whose genetic blueprints resembled those of the one Checco had uncovered. He ultimately narrowed down a list of candidates, which the team then cloned and managed to express in cells before introducing them to the same D-containing peptide as before. One of the receptors responded. But this receptor — in an almost mirror-image performance of Checco’s original — responded much more favorably to the D-containing peptide than its all-L peer.

“You can see a pretty dramatic shift,” Checco said, “where now the D is, in fact, much more potent than the L at activating this new receptor.”

In effect, the team realized, the orientation of that lone amino acid was directing its peptide to activate either one receptor or the other. In its all-L state, the neurotransmitter preferred Checco’s original. When that certain L turned D, on the other hand, it went for Yussif’s new candidate instead.

Central nervous systems rely on different types of neurotransmitters to send various signals to various receptors, with dopamine and serotonin among those best-known in humans. Given the radical complexity and delicacy of the signaling in many animals, though, Checco said it makes some sense that they might evolve equally sophisticated ways of fine-tuning the signals sent by even a single neuropeptide.

“These sorts of communication processes need to be very, very highly regulated,” Checco said. “You need to make the right molecule. It needs to be released at the right time. It needs to be released at the right site. It needs to degrade, actually, in a certain amount of time, so that you don’t have too much signaling.

“So you have all this regulation,” he said, “and now this is a whole new level of it.”

Unfortunately for Checco and others like him, naturally occurring peptides that contain D-amino acids are difficult to identify using the instrumentation readily available to most labs. He suspects it’s one reason that, at least to date, no D-containing peptides have been found in people. He also suspects that will change — and that, when it does, it could help researchers better grasp both the function and disease-related dysfunction of signaling in the brain.

“I think it is likely that we will find peptides with this kind of modification in humans,” Checco said. “And that’s going to potentially open up new therapeutic avenues in terms of that specific target. Understanding more about how these things are functioning could be exciting there.”

In the meantime, Checco, Yussif, and Blasing, a senior double-majoring in biochemistry and chemistry, are busy trying to answer other questions. For starters, they wonder whether an all-L versus D-containing peptide — even those equally likely to activate a receptor — might activate that receptor in different ways, with different cellular consequences. And the search for receptors won’t stop, either.

“This is one receptor system, but there are others,” Checco said. “So I think we want to start to extend and discover new receptors for more of these peptides, to really get a bigger picture about how this modification influences signaling and function.

“Where I really want to go long-term with this project,” he said, “is to get a better idea, across all of biology, of what this modification does.”

Reference: “Endogenous l- to d-amino acid residue isomerization modulates selectivity between distinct neuropeptide receptor family members” by Baba M. Yussif, Cole V. Blasing and James W. Checco, 6 March 2023, Proceedings of the National Academy of Sciences.
DOI: 10.1073/pnas.2217604120

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¿Cuándo despegarán los astronautas?

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¿Cuándo despegarán los astronautas?
  • La tripulación de Polaris Dawn intentará alcanzar alturas mayores que las alcanzadas por los humanos desde el programa Apolo de la NASA en la década de 1970 y también realizará la primera caminata espacial comercial.
  • El cohete Falcon 9 que transporta al Dragón está programado para despegar entre las 3:38 a.m. y las 7:09 a.m. ET del miércoles desde el Centro Espacial Kennedy de la NASA en Florida.
  • «Falcon y Dragon permanecen sanos y la tripulación continúa lista para su misión de varios días a la órbita terrestre baja», dijo SpacX en las redes sociales.

Una cápsula de SpaceX que transporta a cuatro astronautas comerciales que esperan realizar una caminata espacial pionera no se lanzará hasta al menos el miércoles por la mañana.

La misión Polaris Dawn, un ambicioso viaje de cinco días a las regiones superiores de la órbita de la Tierra, estaba programada para despegar el martes antes de que una fuga de helio detectada obligara a posponerla, dijo SpaceX. dijo el lunes por la tarde en el sitio de redes sociales X.

Cuando la tripulación se lance a bordo de un SpaceX Dragon, será el segundo viaje al espacio para empresario multimillonario Jared Isaacman, quien financió la misión con la empresa de Elon Musk. Isaacman se aventuró previamente en órbita en 2021 a bordo de Inspiration4, la misión que se convirtió en el primer vuelo espacial orbital privado de la historia.

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Un cocodrilo y un tiburón se comieron una vaca marina prehistórica, revela un fósil

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Un cocodrilo y un tiburón se comieron una vaca marina prehistórica, revela un fósil

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Un raro fósil ha proporcionado información sobre lo que fue un día excepcionalmente desafortunado para una vaca marina prehistórica.

La especie ahora extinta de dugongo, un mamífero marino parecido al manatí, nadaba en el mar hace unos 15 millones de años cuando fue atacada por dos animales: un cocodrilo y un tiburón tigre. Este último dejó uno de sus dientes empalado en el cuerpo de la vaca marina.

Al analizar el fósil descubierto en Venezuela, los investigadores pudieron comprender cómo murió la vaca marina, que pertenecía a un grupo de animales extintos conocido como Culebrtherium.

Su estudiarpublicado el jueves en el Journal of Vertebrate Paleontology, captura un momento en el tiempo que ofrece una visión única del funcionamiento de la cadena alimentaria durante la época del Mioceno temprano y medio, hace entre 11,6 y 23 millones de años.

«Es extremadamente raro encontrar rastros de dos depredadores en un solo espécimen», dijo Aldo Benites-Palomino, autor principal del estudio y estudiante de doctorado en el departamento de paleontología de la Universidad de Zurich, Suiza. “Esto muestra por qué deberíamos explorar fósiles en regiones tropicales como Venezuela. »

Los restos fosilizados (un cráneo parcial y 13 vértebras o columna vertebral) revelaron tres tipos de marcas de mordeduras. Su forma, profundidad y orientación sugerían que fueron creados por dos depredadores: un cocodrilo de tamaño pequeño a mediano y un tiburón tigre.

Según el estudio, la criatura parecida a un cocodrilo atacó primero, con los dientes enterrados profundamente en el hocico de la vaca marina, lo que sugiere que intentó agarrar esa parte de la cara del dugongo para asfixiarlo. Otras dos grandes incisiones curvas indican que el cocodrilo arrastró a la vaca marina, desgarrando su carne.

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Las rayas y cortes en el fósil sugieren que el cocodrilo realizó una «vuelta mortal», un comportamiento giratorio para someter a su presa que también se observa en las especies de cocodrilos existentes.

«Este tipo de marca sólo se produce al morder, en el que se realizan acciones posteriores de rasgar, rodar o agarrar», señalaron los autores del estudio.

Luego, el rinoceronte fue destrozado por un tiburón tigre, que tiene dientes estrechos y no dentados. Puede ser difícil diferenciar entre depredación activa y marcas de carroñero, pero según el estudio, las marcas de mordeduras en todo el cuerpo del rinoceronte y su distribución irregular, así como la variación en profundidad, sugirieron a los investigadores que este era el comportamiento de un carroñero. como un tiburón tigre.

Los científicos confirmaron la identidad del tiburón mediante el descubrimiento de un único diente alojado en el cuello de la vaca marina que pertenecía a una especie extinta de tiburón tigre, Galeocerdo aduncus.

“Tuve que trabajar como científico forense”, recuerda Benites-Palomino.

Sin embargo, el estudio señaló que, dada la naturaleza fragmentaria del esqueleto, no era posible descartar otros escenarios para la desaparición de la vaca marina.

Dean Lomax, paleontólogo de la Universidad de Bristol y de la Universidad de Manchester en el Reino Unido, que no participó en la investigación, dijo que estaba de acuerdo con los hallazgos del estudio, pero que era difícil distinguir entre el comportamiento carroñero y el comportamiento depredador activo. .

“Por ejemplo, puede que no sea descabellado pensar que el dugongo ya estaba muerto, que pudo haberse alejado flotando y estar hinchado, y luego fue devorado (recogido) por el cocodrilo y el tiburón en diferentes momentos”. dijo Lomax, el autor de “Bloqueados en el tiempo: el comportamiento animal revelado en 50 fósiles asombrosos”, por correo electrónico.

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“A menos que tengamos evidencia directa del dugongo dentro del cocodrilo (como última comida), o de que el cocodrilo y el dugongo mueran en medio del ataque, todavía es intrínsecamente raro decir al 100% si esto fue definitivamente el resultado de un ataque activo o no. que hurgar en la basura”, añadió Lomax.

En aquella época, las vacas marinas podían crecer hasta cinco metros de largo, dijo Benites-Palomino, y su tejido graso habría sido una buena fuente de alimento.

Hoy en día, los cocodrilos, las orcas y los tiburones se alimentan de dugongos y manatíes, principalmente de los jóvenes, porque los adultos son difíciles de matar debido a su tamaño. No está claro qué tipo de cocodrilo pudo haber atacado a la vaca marina. Podría haber sido una especie extinta de caimán o gavial, conocido por sus mocos largos y delgados, pero debió ser de gran tamaño, de 4 a 6 metros de largo.

“Hay varios candidatos. Sudamérica era entonces un paraíso para los cocodrilos”, añade Benites-Palomino.

Un granjero al sur de la ciudad de Coro, Venezuela, notó por primera vez los restos de la vaca marina en un lugar donde antes no se habían descubierto fósiles.

“Al principio no conocíamos la geología del sitio y los primeros fósiles que descubrimos fueron trozos de cráneos. Nos tomó algún tiempo determinar qué eran: cráneos de manatí, que tienen una apariencia bastante inusual”, dijo en un comunicado Marcelo Sánchez-Villagra, coautor del estudio, profesor de paleobiología y director del Instituto y Museo Paleontológico de. la Universidad de Zúrich.

Benites-Palomino dijo que el raro hallazgo demuestra la importancia de la búsqueda de fósiles en América del Sur «no clásica».

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“Hemos estado visitando los mismos sitios de fósiles en América del Norte y China durante mucho tiempo, pero cada vez que trabajamos en estas nuevas áreas, encontramos constantemente nuevos fósiles. »

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Huellas de dinosaurios idénticas descubiertas en dos continentes

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Huellas de dinosaurios idénticas descubiertas en dos continentes

A ambos lados del océano Atlántico, a más de 6.000 kilómetros de distancia, investigadores han descubierto huellas dejadas por dinosaurios que pudieron haber vagado desde África hasta América del Sur cuando los continentes estaban unidos en un supercontinente.

Las más de 260 huellas, ubicadas en Brasil y Camerún, serían parte del Período Cretácico Inferiorsegún un estudio publicado el lunes por el Museo de Historia Natural y Ciencia de Nuevo México.

Las huellas se crearon originalmente a unas 621 millas de distancia sobre una fina capa de limo y arenisca de barro en el antiguo supercontinente Gondwanan, que luego se rompió y formó el Océano Atlántico Sur.

El estudio compartió fotografías de huellas de formas idénticas que parecían provenir de edades y entornos geológicos similares, según descubrió el paleontólogo de la Universidad Metodista del Sur y autor principal del estudio, Louis L. Jacobs.

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