Modelado estocástico de la secreción en células ciliadas internas del trayecto auditivo

Abstract

Las células ciliadas internas son las células sensoriales del oído de mamíferos ubicadas en la cóclea, responsables de traducir los sonidos en señales neuronales. Estas células poseen estereocilios en su parte superior los cuales son desplazados por la presión producida por un sonido. Este desplazamiento despolariza a estas células y activa los canales de Ca2+ ubicados en las zonas activas de la membrana plasmática de la célula. La entrada de iones Ca2+ desencadena la fusión de las vesículas sinápticas rápidas y, por ende, la liberación del glutamato en las terminales aferentes. La liberación del glutamato es un paso fundamental en la decodificación de la información de los estímulos acústicos en la vía auditiva. Los protocolos experimentales actuales no proporcionan la resolución temporal adecuada para la observación de la exocitosis de vesículas rápidas, ya que no es posible aplicar estímulos muy cortos –por debajo de los milisegundos– y al mismo tiempo registrar la respuesta celular durante y en momentos definidos después de la estimulación. Con el fin de simular la secreción de las vesículas rápidas de las células ciliadas internas –a escalas de tiempo del orden de milisegundos- en respuesta a estímulos de diferentes duraciones y amplitudes, y de estudiar la influencia de micro y nanodominios de Ca2+; en este trabajo se propone un modelo de zona activa resuelto con un algoritmo Monte Carlo. Por algoritmo Monte Carlo se entiende un esquema computacional de resolución de un determinado problema que hace uso de variables generadas aleatoriamente (de acuerdo a determinadas distribuciones de probabilidad) para su resolución aproximada. Éste, por ejemplo, es el caso del algoritmo que simula los mecanismos de reacción-difusión que tienen lugar en la zona activa. Para ello se desarrollaron modelos para la difusión amortiguada de iones Ca2+, esquemas de unión de iones Ca2+ para la fusión de vesículas y para los canales de Ca2+ Cav1.3 tipo L. Se simula la activación del sensor otoferlina, ubicado en las vesículas sinápticas y se estudia su influencia en la secreción de glutamato. Con el modelo propuesto es posible simular mutaciones en la otoferlina, así como alteraciones en la endocitosis o en la concentración de glutamato, las cuales se asocian con diferentes tipos de pérdidas auditivas.