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¿Qué es la región perisomática de una neurona?

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En la página de Scholarpedia sobre interneuronas encontré el siguiente pasaje:

los dominio perisomático es responsable de la suma de los potenciales postsinápticos que llegan de todas las ramas dendríticas […]. Por lo tanto, la región perisomática - y particularmente el segmento inicial del axón […] juega un papel crucial en la generación de salida.

La página, sin embargo, no define qué es realmente la región perisomática. ¿Qué comprende la región perisomática de una interneurona?


En las células GABAérgicas corticales con proyecciones axonales locales, la región perisomática se define como la parte de la membrana plasmática que incluye las dendritas proximales, el cuerpo celular y el segmento inicial del axón (Zabó et al., 2010).

Referencia
- Zabó et al., Eur J Neurosci (2010); 31(12): 2234-46


'Peri' = 'en la región de'

'soma' = 'cuerpo celular'

por lo que la región perisomática es el área en la región del cuerpo celular; pensé que el desglose podría ser útil en el futuro, ya que 'peri' se usa mucho.


Plasticidad inhibidora perisomática bidireccional de un Fos red neuronal

Las experiencias conductuales activan el factor de transcripción FOS en poblaciones dispersas de neuronas que son críticas para codificar y recordar eventos específicos 1,2,3. Sin embargo, existe una comprensión limitada de los mecanismos por los cuales la experiencia impulsa la reorganización del circuito para establecer una red de Fos-células activadas. Tampoco se sabe si se requiere FOS en este proceso más allá de servir como marcador de actividad neuronal reciente y, de ser así, cuál de sus muchos genes objetivos subyacen a la reorganización del circuito. Aquí demostramos que cuando los ratones se involucran en la exploración espacial de entornos nuevos, la inhibición perisomática de FosLas neuronas piramidales CA1 del hipocampo activadas por las interneuronas que expresan parvalbúmina se mejoran, mientras que la inhibición perisomática por las interneuronas que expresan colecistoquinina se debilita. Esta modulación bidireccional de la inhibición se anula cuando se interrumpe la función del complejo del factor de transcripción FOS. La secuenciación de ARN unicelular, el perfil de ARNm asociado a ribosoma y los análisis de cromatina, combinados con electrofisiología, revelan que FOS activa la transcripción de Scg2, un gen que codifica múltiples neuropéptidos distintos, para coordinar estos cambios en la inhibición. Como las interneuronas que expresan parvalbúmina y colecistoquinina median características distintas de la actividad de las células piramidales 4, 5, 6, se podría predecir que la reorganización dependiente de SCG2 de la entrada sináptica inhibitoria afectaría la función de la red in vivo. De acuerdo con esta predicción, los ritmos gamma del hipocampo y el acoplamiento de células piramidales a la fase theta se alteran significativamente en ausencia de Scg2. Estos hallazgos revelan un papel instructivo para FOS y SCG2 en el establecimiento de una red de Fos- neuronas activadas mediante el recableado de la inhibición local para formar un estado modulado selectivamente. Los mecanismos de plasticidad opuestos que actúan sobre distintas vías inhibitorias pueden apoyar la consolidación de los recuerdos a lo largo del tiempo.


Reorganización sináptica de la red inhibidora perisomática en hipocampos de pacientes epilépticos del lóbulo temporal.

Las interneuronas del hipocampo se clasifican en diferentes grupos funcionales: células dendríticas, perisomáticas e inhibidoras selectivas de interneuronas [1-3]. Las interneuronas dendríticas proyectan sus axones a la región dendrítica de las células principales y controlan su entrada, mientras que las interneuronas perisomáticas inervan el segmento inicial del axón y la región somática (incluidas las dendritas proximales) de las células principales para influir en su salida. El tercer grupo, las células inhibidoras selectivas de interneuronas, inerva exclusivamente otras interneuronas [4], regulando la sincronía de las redes inhibidoras del hipocampo [1].

Se pueden distinguir tres tipos principales de interneuronas perisomáticas en el hipocampo humano: células axo-axónicas o candelabro positivas para parvalbúmina (PV-), células en cesta positivas para PV y células en cesta positivas para receptores cannabinoides tipo 1 (CB1-) que también contienen colecistoquinina [ 5]. Las dos poblaciones de células en cesta neuroquímicamente diferentes tienen un papel diferente en las oscilaciones de la red. Se sabe que las células en cesta PV positivas están especializadas para controlar los ritmos, mientras que las interneuronas CB1 positivas influyen en el ajuste fino de las sincronías del hipocampo [3]. Estos dos tipos de células en cesta se diferencian por su diferente conectividad, receptores, neuromoduladores y neurotransmisores [6]. Las interneuronas que contienen PV están inervadas principalmente por células principales locales y, por lo tanto, son muy eficientes en funciones oscilatorias. Por el contrario, las células en cesta CB1 positivas reciben una gran cantidad de entradas subcorticales que transportan información sobre el "mundo interior" del cerebro [7] y modulan la actividad del conjunto sincrónico en consecuencia. Por lo tanto, se cree que las células en canasta PV positivas funcionan como "mecanismos de relojería" para las oscilaciones de la red cortical, mientras que las interneuronas que expresan CB1 funcionan como un "dispositivo plástico de ajuste fino". La inhibición perisomática tiene un papel importante en la generación y regulación de ondas de ondas agudas [8], oscilaciones gamma [9] y actividades similares a convulsiones [10] en preparaciones de cortes de hipocampo de roedores. Los primeros intentos se han realizado para lograr el control de las convulsiones mediante la manipulación de la inhibición perisomática en modelos animales, estimulando selectivamente las neuronas PV positivas y trasplantando precursores de interneuronas [11-13]. Sin embargo, todavía es controvertido si la inhibición perisomática del hipocampo humano aumenta o disminuye durante las condiciones epilépticas [11, 14-16]. Aquí resumimos el destino de las interneuronas inhibidoras perisomáticas inmunopositivas inmunopositivas con PV e inmunopositivas en el hipocampo de pacientes epilépticos del lóbulo temporal. Mostramos que los cambios en la inhibición perisomática muestran un cuadro complejo, según la subregión del hipocampo y el grado de esclerosis.

Para estos estudios utilizamos seis cerebros de control de sujetos de autopsia sin signos de trastornos neurológicos y 57 hipocampos extirpados quirúrgicamente de pacientes con epilepsia del lóbulo temporal. Los cerebros de control se extrajeron 2 horas después de la muerte, la disección se realizó en el Departamento de Patología Forense de la Facultad de Medicina de la Universidad de Semmelweis. El estudio fue aprobado por el comité de ética del Comité Regional e Institucional de Ciencia y Ética de la Investigación del Consejo Científico de Salud (TUKEB 5-1 / 1996, ampliado en 2005) y realizado de acuerdo con la Declaración de Helsinki. El método de fijación y el método de inmunocitoquímica se describen en nuestros artículos anteriores [5, 17-20].

Los pacientes epilépticos del lóbulo temporal (TLE) generalmente se clasifican según el grado de atrofia del hipocampo. Todavía no hay consenso sobre la nomenclatura de las subregiones del hipocampo humano. Los términos hilio, folio terminal, CA4 y región CA3c se utilizan y designan áreas ligeramente diferentes y (en algunos casos) superpuestas, todas ubicadas dentro de las láminas de la capa de células granulares dentadas [17, 21-26]. El área de transición entre la región CA1 y el subículo también se denominó porción distal CA1 de la región CA1 en varios estudios [25, 26] o prosubículo en otros [18, 23, 27]. Sin embargo, todos los grupos de investigación coincidieron en establecer dos grupos principales: pacientes con o sin esclerosis hipocampal. Se realizó una mayor separación de los pacientes epilépticos basándose en la excitabilidad de las células granulares, la etiología y el resultado quirúrgico [28] o basándose en un patrón complejo de pérdida celular [18]. El hipocampo esclerótico se dividió a su vez en subgrupos, basándose en la atrofia del folio terminal y la región CA1 [26]. En esta revisión, seguiremos los grupos establecidos en [18] (ver Figura 1).

Brevemente, (I) Tipo 1 (leve): es similar al control, sin una pérdida considerable de células principales en la región CA1. Es visible una ligera pérdida de ciertos tipos de interneuronas en el estrato oriens y el hilio. (II) Tipo 2 (parcheado): la pérdida de células piramidales se produce en parches en la región CA1 sin signos de atrofia. La pérdida de interneuronas es más pronunciada. (III). Tipo 3 (esclerótico): la región CA1 está atrófica y encogida, la pérdida de células principales es casi completa y las capas no se pueden separar. Las interneuronas muestran cambios considerables en su distribución y morfología [20].

2.1. Cambios en la distribución de interneuronas que contienen parvalbúmina

2.1.1. Controlar el hipocampo humano. La inmunorreactividad de la parvalbúmina (PV-) sólo se encontró en células no principales en todo el hipocampo humano [24, 29, 30]. Las interneuronas PV positivas se localizaron en todas las capas de la circunvolución dentada. Fueron los más abundantes en el hilio y menos en el estrato molecular, y solo se observaron varias células en la capa de células granulares. La mayoría de las células eran multipolares, pero algunas tenían forma triangular o fusiforme. En todo el cuerno de Ammons, las interneuronas positivas para PV se ubicaron dentro o cerca de la capa de células piramidales (Figuras 1 y 2). Por lo general, mostraban un cuerpo celular grande, dendritas largas y suaves que recorrían todas las capas. Otro tipo de célula característico fue la célula fusiforme con dendritas horizontales que se encuentran en el estrato oriens (Figura 1 (a)). Los axones formaron una red homogénea en las principales capas de células tanto en la circunvolución dentada como en el cuerno de Ammón (Figura 2 (a)).

2.1.2. Hipocampo de pacientes epilépticos del lóbulo temporal. En el hipocampo humano epiléptico, la inmunorreactividad de PV ha disminuido en diferentes grados (Figura 1), en correlación con el grado de gravedad de la esclerosis del hipocampo [17, 18, 24, 25]. Las densidades neuronales PV positivas determinadas por los diferentes grupos de investigación difícilmente podrían compararse debido a las diferencias en la nomenclatura del hipocampo y en los métodos de cuantificación. Sin embargo, las tendencias fueron similares: se encontró una disminución moderada en el número de interneuronas PV positivas en la circunvolución dentada, las regiones CA1, CA2 y CA3 de pacientes sin esclerosis [17, 25]. El número de neuronas PV positivas fue el más cercano a los valores de control (

75% del control en la circunvolución dentada y

60% en la región CA1) en el grupo leve (Tipo 1) y disminuyó aún más (a

20% del control tanto en la circunvolución dentada como en la región CA1) en el grupo irregular (Tipo 2, Figuras 1 (b) y 1 (c), [18]). En el hipocampo esclerótico (tipo 3), el número de células PV positivas ha disminuido drásticamente, tanto en la circunvolución dentada (al 6% del control) como en la región CA1 (al 21% del control, [17, 18, 25 ]). Los datos de Andrioli et al. [25] mostró tendencias similares, aunque utilizaron una nomenclatura diferente para determinar las subregiones del hipocampo. Encontraron una disminución significativa en la densidad de células PV positivas en el hipocampo no esclerótico solo en la capa polimórfica de la circunvolución dentada (parte del hilio en nuestros estudios) y la región CA2 (ambas

50% de control). La densidad de células PV positivas fue

65% del control en el CA3 y

75% en la región CA1. La zona de transición entre la región CA1 y el subículo estaba comprendida en el CA1, que excluimos y denominó prosubículo CA1. Por esta razón, encontraron una reducción de solo

35% en la región esclerótica CA1, en contraste con nuestra reducción del 79%. Observaron densidades de células positivas a PV

20% del control en la capa polimórfica de la circunvolución dentada,

50 en las regiones CA2. Las células ubicadas en el hilio de la circunvolución dentada y las células horizontales del estrato oriens en el Cornu Ammonis fueron las más sensibles a la lesión epiléptica. Su número se redujo más que el de las neuronas en otras capas [17, 18]. En el grupo leve, la densidad celular teñida con PV hiliar fue

50% del control (que corresponde a la capa polimórfica en [25]),

13% en el grupo irregular y 0,6% en el hipocampo esclerótico. El subículo suele considerarse una región resistente de la formación del hipocampo a la lesión epiléptica. Sin embargo, el número de interneuronas que contienen PV ha disminuido significativamente en las muestras epilépticas escleróticas y no escleróticas [25]. Además, se ha observado la aparición anómala de la proteína de unión al calcio Calbindina (normalmente presente en las interneuronas inhibidoras dendríticas, ver [1]) en las terminales de las células axoaxónicas subiculares [15, 31]. Sin embargo, se demostró la existencia de un pequeño subgrupo de células de araña en el control humano y la región CA1 epiléptica [32].

La distribución de las fibras teñidas con PV también ha cambiado en la epilepsia (Figuras 3 (a) -3 (d)). En el hipocampo no esclerótico tipo 1, la red axonal PV positiva tenía una densidad similar, si no más alta, que la de los controles [18]. También se demostró que la complejidad y la densidad de las formaciones axonales de las células de araña (Figuras 2 (a) y 3 (a) -3 (c)) aumentaron considerablemente [15]. En todos los demás casos epilépticos (grupos parcheados y escleróticos), se encontró que la nube axonal se volvió no homogénea (Figuras 2 (b) y 3). Parches de densa red axonal alternaban con áreas que carecen de elementos inmunotinidos en la capa de células granulares dentadas (Figura 2 (b), [15, 17-19]). A pesar de la reducción general de la inmunotinción de PV, algunas formaciones de candelabro y candelabro PV positivas permanecieron tanto en la circunvolución dentada como en las regiones de Cornu Ammonis (Figura 3), que eran considerablemente más complejas que en el control [15]. Las fibras teñidas con PV apenas se podían ver dentro de las regiones con pérdida de células principales severa (la región CA1 esclerótica y la región CA3c / hiliar ver Figura 3 (d)), aunque se mostró la presencia de muy pocos cuerpos celulares y dendritas PV positivos [15, 18]. En la zona de transición entre el CA1 esclerótico y el subículo (también prosubículo llamado CA1) hipertrófico, se observaron formaciones de cestas teñidas con PV muy complejas [31].

Microscopía electrónica de sinapsis que contienen PV

(1) Control. Los somas PV positivos mostraron los rasgos característicos de las interneuronas a nivel de microscopio electrónico [30]. Mostraban plegamiento nuclear, bastoncillos y láminas intranucleares, gran citoplasma que contenía numerosos orgánulos y gránulos de lipofuscina. Recibieron sinapsis axosomáticas simétricas (inhibidoras) y asimétricas (excitadoras). Las dendritas eran generalmente suaves y recibían un gran número de sinapsis asimétricas [30].

Los terminales de los axones PV positivos formaron sinapsis simétricas con principalmente somas de células principales, dendritas proximales y segmentos iniciales de axones (AIS, Figuras 3 (e) -3 (h)). La distribución de los elementos diana de los terminales del axón PV mostró algunas diferencias entre la circunvolución dentada [17] y la región CA1 [18] del hipocampo epiléptico humano. Los somas de células granulares fueron inervados con más frecuencia por terminales axónicos positivos para PV que por cuerpos de células piramidales CA1, mientras que la proporción de botones teñidos con PV que inervan AIS de células granulares y piramidales CA1 fue similar (Tabla 1). Una proporción más baja de terminales inmunopositivos para PV que entraron en contacto con las dendritas y las espinas en la circunvolución dentada que en la región CA1 (Tabla 1).

(2) Epiléptico. Los cuerpos celulares y dendritas PV-positivos se examinaron a nivel de microscopio electrónico en la circunvolución dentada epiléptica y la región CA1. Las características subcelulares de las células teñidas con PV permanecieron sin cambios en el tejido epiléptico. Se encontró que las características de entrada, es decir, la gran cantidad de entrada sináptica asimétrica, eran similares al control. Sin embargo, se encontró que las terminales cubiertas de musgo germinadas terminan en células PV positivas en el estrato molecular de la circunvolución dentada. Además, las dendritas PV positivas estaban parcialmente cubiertas por elementos gliales en la región esclerótica CA1 [18].

La selección de diana de los axones PV positivos se ha modificado ligeramente en la epilepsia. Los somas de células granulares dentadas se pusieron en contacto en un AIS más bajo con una relación más alta que en el control (Tabla 1, [17]). La distribución objetivo no cambió sistemáticamente en la región CA1 epiléptica. Se encontró una alta variabilidad entre los diferentes sujetos de todos los grupos (control y epiléptico con pérdida celular leve y en parches, [18]).

(3) Entrada somática de las células principales del hipocampo. Se utilizó otro enfoque para determinar la inervación inhibidora perisomática de las células principales del hipocampo humano. La medición del perímetro soma / AIS y la longitud de las zonas activas de todas las sinapsis inhibitorias que recibieron nos ayudó a determinar la cobertura sináptica. Ésta es una estimación de la inhibición somática que no depende del contenido de PV de las terminales presinápticas (para el método exacto ver [17, 18]) y mide todas las entradas sinápticas inhibitorias provenientes de las poblaciones de células de la cesta (PV + y CB1 +). Brevemente, analizamos alrededor de 30 a 50 somas de células principales vecinas o AIS en una sección de microscopio electrónico. Se midió el perímetro de los somas y los AIS, así como la longitud sináptica de todos los botones que los contactan. La cobertura sináptica se proporcionó como [micro] m de longitud sináptica / 100 [micro] m de soma o perímetro AIS. Se demostró que la inmunorreactividad de la parvalbúmina desaparece de las interneuronas inhibidoras supervivientes en un modelo animal de epilepsia [33-35]. La cobertura sináptica inhibitoria incluye también la inhibición que proviene de las células inhibidoras perisomáticas, que perdieron su inmunorreactividad PV.

El número de sinapsis inhibitorias somáticas que entran en contacto con las células granulares dentadas ha aumentado en la epilepsia hasta aproximadamente un 125-135% de los valores de control [17]. La proporción de botones de PV positivos que inervan los cuerpos de células granulares disminuyó a aproximadamente dos tercios en el grupo de epilepsia leve y aproximadamente a un tercio en el grupo de epilépticos escleróticos y en parches (Tabla 2). Al medir la cobertura sináptica de los somas de células granulares, también recibimos un aumento del 126-134% del valor de control (Tabla 2). La cobertura sináptica de los AIS de células granulares ha aumentado en mayor medida que la entrada inhibitoria somática: 215-525% del control (Tabla 2, [32]). La proporción de botones PV positivos en contacto con los AIS no ha cambiado en los grupos no escleróticos y se ha mejorado en el hipocampo esclerótico (Tabla 2), de acuerdo con la presencia de formaciones de candelabros más complejas [15]. Debemos tener en cuenta que se observaron grandes diferencias en la proporción de botones PV positivos que contactan AIS entre parches que contienen una red de fibra PV positiva densa (48,1%) y pobre (7,9%). En los parches que carecen de nubes axonales que contienen PV, las células granulares estaban sanas y la cobertura sináptica de sus AIS se mejoró de manera similar que en los parches con tinción axonal PV fuerte.

La entrada somática de las células piramidales CA1 se ha investigado sólo en el control y los grupos epilépticos no escleróticos (Tabla 2, [18]), ya que las células piramidales difícilmente podrían encontrarse en la región CA1 esclerótica. La cobertura sináptica somática se mantuvo sin cambios en el grupo leve (Tipo 1), mientras que la entrada axonal, de acuerdo con la presencia de formaciones de candelabros muy complejas [15], aumentó. En el hipocampo no esclerótico con pérdida celular en parches (tipo 2), disminuyeron tanto las entradas inhibitorias somáticas como axonales.Examinamos parches con y sin células piramidales visibles a nivel de microscopio electrónico y encontramos que las células piramidales están presentes en ambas regiones. Se veían sanos en parches que contenían células piramidales, mientras que la mayoría de ellos mostraban signos de degeneración grave y muerte celular en los parches que carecían de células piramidales [18]. La nube axonal PV-positiva estaba presente en ambos tipos de parches. La proporción de botones positivos para PV fue muy alta en la región CA1 (23 a 45%) en comparación con la circunvolución dentada (11-12%) y aumentó o permaneció sin cambios en las muestras epilépticas (39 a 47%). Los cambios en la cobertura sináptica y en la proporción de botones positivos para PV que inervan los AIS de células piramidales CA1 no fueron significativos en el tejido epiléptico [18].

En la circunvolución dentada y las regiones CA1 y CA2, numerosos botones simétricos, presumiblemente inhibidores, terminaban en los principales cuerpos celulares. Las sinapsis asimétricas, presumiblemente excitadoras, que inervan los somas de las células principales sólo se observaron en la circunvolución dentada epiléptica con hipocampo esclerótico (Tabla 2, [17]). Inesperadamente, también observamos contactos frecuentes en cuerpos de células piramidales CA2 realizados por sinapsis asimétricas [19], que muestran las características de terminales cubiertas de musgo [36]. Por lo tanto, tanto la cobertura sináptica inhibitoria como la cobertura sináptica excitadora se han determinado para las células piramidales CA2 (Tabla 2, Figura 3, [19]). En la región epiléptica CA2, la cobertura sináptica inhibitoria se mantuvo sin cambios; sin embargo, la proporción de terminales axónicos positivos para PV que contactan con cuerpos de células piramidales ha disminuido drásticamente (del 17,5% en el control a un promedio del 2,1% en el tejido epiléptico). La cobertura sináptica excitadora fue aproximadamente la mitad de la cobertura sináptica inhibitoria en los casos epilépticos, con sinapsis asimétricas detectadas en el soma del 50-70% de las células piramidales CA2 examinadas [19].

La cobertura sináptica inhibitoria de las células piramidales CA2 superó la de las células piramidales CA1, que fue ligeramente superior a la de las células granulares dentadas en el hipocampo de control (0,80 [+ o -] 0,41 frente a 0,64 [+ o -] 0,47 frente a 0,53 [+ o - ] 0,64). La cobertura sináptica inhibitoria de los AIS de células piramidales CA1 fue extraordinariamente alta, en comparación con la cobertura sináptica del AIS de células somáticas y granulares (2,34 [+ o -] 2,55 frente a valores de 0,5 a 0,8). La proporción de terminales de axones positivos para PV que inervan la región perisomática de las células principales fue la más alta en la región CA1, en comparación con otras regiones del hipocampo (Tabla 2, Figuras 2 y 3).

En resumen, la entrada inhibitoria de los somas de células granulares y los AIS se incrementó en el hipocampo epiléptico, junto con un aumento de la complejidad de la formación de candelabros. La entrada inhibitoria perisomática está presente en las regiones de Cornu Ammonis mientras sobreviven las células piramidales. Sin embargo, existen diferencias regionales: la proporción de terminales PV positivos aumentó o no cambió en la región epiléptica CA1, mientras que se redujo drásticamente en la región CA2. Pudimos observar el brote de fibras musgosas tanto en la circunvolución dentada epiléptica como en la región CA2. Terminaron en la membrana somática de las células principales del hipocampo esclerótico, que nunca se observó en el tejido de control [19].

2.2. Cambios en la densidad de fibra de interneuronas inmunotinidas con CB1. Se demostró que la mayoría de las interneuronas inmunoteñidas del receptor de cannabinoides Tipo 1- (CB1-) contienen el marcador neuroquímico CA1 colecistoquinina (CCK) en el hipocampo humano [5, 37]. La mayoría de ellos son células en cesta y terminan en dendritas proximales o cuerpos celulares de células principales. Se pueden encontrar en todos los subcampos del hipocampo humano de control y la circunvolución dentada [5]. A diferencia de las células en cesta PV positivas, las células CB1 inmunoteñidas están presentes en todos los campos del hipocampo de los pacientes epilépticos y pueden observarse incluso en la región esclerótica CA1 [38]. Esta excelente conservación de las células inmunorreactivas de colecistoquinina que expresan CB1 [20] en la epilepsia es comparable a la supervivencia de las interneuronas positivas para calbindina [32, 39]. CB1 está presente tanto en los terminales excitadores como inhibidores [3, 40, 41]. En la presente revisión, hemos examinado solo el destino de las células GABAérgicas que expresan el receptor CB1.

En el hipocampo epiléptico humano se ha descrito la regulación a la baja del ARNm de CB1 global (incluidos los receptores que se transportarán a las terminales sinápticas tanto excitatorias como inhibitorias) [38]. Se demostró que la expresión de las moléculas endocannabinoides (junto con el receptor CB1) unidas a la red excitadora estaba disminuida, pero no se pudo demostrar ninguna reducción del receptor CB1 asociado con las interneuronas inhibidoras [38]. Los diferentes anticuerpos contra CB1 reconocen diferentes partes del receptor y dan diferentes patrones de inmunotinción. Un anticuerpo tiñe todos los receptores CB1, presentes tanto en las terminales excitadoras como inhibitorias, mientras que el otro, utilizado en nuestros estudios anteriores, detecta el receptor CB1 ubicado exclusivamente en las terminales inhibidoras [5, 20]. La presente revisión se basó en los estudios que utilizaron este último anticuerpo para visualizar los receptores CB1 expresados ​​por las interneuronas GABAérgicas.

Se estudió la distribución de dianas sinápticas de elementos inmunopositivos CB1 en el estrato molecular de la circunvolución dentada en sujetos TLE de control y escleróticos, donde estaba presente la densidad de fibra más alta. Los objetivos postsinápticos de las terminales inmunopositivas CB1 eran principalmente dendritas, cuerpos celulares y espinas, y su proporción era similar en sujetos de control y epilépticos [20] aproximadamente dos tercios de los axones marcados con CB1 terminaban en dendritas,

En el hipocampo epiléptico no esclerótico, la distribución de los receptores CB1 en la circunvolución dentada no difirió significativamente de los controles post mórtem normales. Por el contrario, en la circunvolución dentada de los pacientes epilépticos con región CA1 esclerótica se demostró un fuerte aumento de la inmunotinción de CB1 [20]. La densidad de las fibras inmunoteñidas aumentó en la capa molecular dentada (Figura 4) y se volvió no homogénea en el hilio formando una densa malla de terminales alrededor de las células musgosas supervivientes. La densidad de las fibras positivas a CB1 que establecen sinapsis simétricas se midió con un microscopio de barrido láser confocal, y la elevación de la inmunotinción de CB1-R fue 1,5 veces mayor que la del control [20].

El origen de este aumento de densidad podría ser tanto el elevado número de receptores como la aparición de fibras que expresan CB1-R. En la circunvolución dentada epiléptica humana se ha observado el brote de los axones de un tipo de interneurona inhibidora perisomática, las células axo-axónicas que contienen PV. Sin embargo, tampoco se puede excluir el aumento del número de receptores en terminales individuales. Se investigó la cuantificación precisa de la cantidad de receptor y la densidad de fibra en un modelo de pilocarpina de TLE en ratones, donde se demostró que tanto la densidad de fibras como el número de receptores CB1 aumentaban en la circunvolución dentada del hipocampo esclerótico, pero solo en terminales inhibitorias. establecimiento de sinapsis simétricas [42].

Los cambios de las fibras que expresan el receptor CB1 de otras regiones del hipocampo humano no se examinaron cuantitativamente en la epilepsia. Sin embargo, la observación con microscopio óptico cualitativo mostró cambios similares en la región CA3 del hipocampo esclerótico y no esclerótico (Figura 5) a los que encontramos en la circunvolución dentada. La red de fibra homogénea se ha mejorado y se ha vuelto no homogénea en el estrato piramidal y formó una malla extremadamente fuerte alrededor de las células individuales (Figura 5 (c)). Se encontraron redes extensas similares alrededor de células musgosas individuales en el hilio de la circunvolución dentada (Figura 4 (d)). La región CA1 no esclerótica mostró una densidad y distribución similar de fibras positivas a CB1 (Figura 6), sin embargo, en las muestras con parches de Tipo 2 también se observó una densidad de fibra no homogénea. La región esclerótica CA1 todavía contenía fibras inmunopositivas CB1 dispersas (Figura 6 (c)). En ausencia de examen con microscopio electrónico, no se han determinado los objetivos sinápticos y la función de estas redes de fibra CB1.

Nuestros resultados muestran que tanto las células inhibidoras perisomáticas que contienen PV como las que expresan CB1 se conservan en el hipocampo epiléptico.

Aunque el número de células PV positivas ha disminuido en paralelo con el grado de esclerosis, sus terminales axónicos estaban presentes e incluso brotaban en la circunvolución dentada, inervando un mayor número de somas de células granulares y segmentos iniciales de axones que en el control. La presencia de formaciones axonales de candelabro y candelabro hipercomplejos en el hipocampo epiléptico también apoya el brote de axones perisomáticos [15, 31]. En las regiones CA1 y CA2, las células inmunorreactivas contra PV y sus axones sobreviven mientras estén presentes sus dianas postsinápticas, las células piramidales, que faltan exclusivamente en la región esclerótica CA1. La entrada inhibitoria somática y axonal también permaneció sin cambios (o brotó ligeramente) en las regiones epilépticas CA1 y CA2 con células piramidales supervivientes. Sin embargo, se pueden observar diferencias regionales en la proporción de terminales de axones positivos para PV que contactan con las células principales en el hipocampo: 23 a 45% de los botones inhibidores están teñidos con PV en la región CA1, mientras que solo el 18% en la región CA2 y 11 al 12% se tiñen con PV en la circunvolución dentada.

La disminución del número de células PV positivas se ha demostrado en modelos animales de epilepsia [33-35, 43]. Se suponía que la sobrecarga de calcio de las células, que resultaba en cambios conformales de la molécula de parvalbúmina, era la causa de la inmunorreactividad reducida en los animales [34, 35]. Nuestros resultados de microscopía electrónica indican que mecanismos similares podrían operar en el hipocampo epiléptico humano, es decir, la reducción de elementos PV positivos en la epilepsia probablemente se deba a la falta de inmunotinción de PV más que a la muerte celular interneuronal. También se demostró que las fibras que expresan CB1-R brotaron en todos los subcampos del hipocampo epiléptico, excepto en la región esclerótica CA1. Sin embargo, las células y fibras teñidas con CB1-R están presentes incluso en esta región de los pacientes escleróticos, mostrando una conservación notable de este tipo de células inhibidoras perisomáticas que contienen colecistoquinina.

Aunque la entrada inhibitoria de las células principales se conservó en el hipocampo epiléptico humano [17-19], esto no implica que la inhibición perisomática permaneciera sin cambios. Los cambios en las subunidades del receptor GABA-A en el hipocampo epiléptico humano [44, 45] sugirieron perturbaciones en la señalización GABAérgica en los niveles subcelulares, con posibles consecuencias funcionales para la inhibición perisomática. Los registros electrofisiológicos en la formación del hipocampo epiléptico humano confirmaron que la inhibición está alterada en la epilepsia humana. Se encontró inhibición deteriorada en la circunvolución dentada en paralelo con el brote de fibras musgosas [46, 47], y se encontró inhibición débil o ausente en la región CA2 en un estudio [48], mientras que en otro artículo se encontró inhibición funcional pero modificada [19 ]. Además, se encontraron potenciales sinápticos inhibidores despolarizantes e hiperpolarizantes en el subículo [49, 50], lo que contribuye a la generación de actividad interictal in vitro.

Los diferentes tipos de interneuronas muestran una vulnerabilidad diferente a la lesión epiléptica. Las células inhibidoras dendríticas positivas para calbindina se consideran uno de los tipos de células más resistentes en la epilepsia [24, 32, 39]. Se encontraron numerosas interneuronas teñidas con calbindina en todo el hipocampo epiléptico, incluida también la región esclerótica CA1 (que carece de células piramidales), y se demostró que cambiaban sus objetivos postsinápticos de células principales a interneuronas supervivientes, incluidas ellas mismas [32]. La considerable sensibilidad de las células inhibidoras dendríticas inmunoteñidas con somatostatina y neuropéptido Y fue la primera descripción de la vulnerabilidad selectiva de tipos específicos de interneuronas [51-53]. Estas neuronas se encuentran principalmente en el hilio dentado y el estrato oriens de Cornu Ammonis y casi exclusivamente se superponen con células HIPP y O-LM [1]. Más tarde, el tipo de célula inhibidora específica de interneuronas que contiene calretinina también demostró ser muy sensible en la epilepsia del lóbulo temporal humano [54]. Con respecto a nuestros resultados, podemos concluir que las células inhibidoras perisomáticas son menos vulnerables a la epilepsia, particularmente en la circunvolución dentada, donde se demostró que los axones de las células candelabro y candelabro estaban considerablemente germinados. Sin embargo, debemos señalar que las interneuronas PV positivas son heterogéneas en el punto de vista de la vulnerabilidad a la lesión epiléptica. Se descubrió que las neuronas ubicadas en el hilio y en el estrato oriens de la región CA1 (tenga en cuenta la misma ubicación que las interneuronas positivas para somatostatina) también desaparecieron del hipocampo epiléptico no esclerótico (tipos 1 y 2). Aunque la densidad general de células inmunopositivas para PV disminuyó en el hipocampo epiléptico [17, 18, 25], el análisis de entrada inhibitoria perisomática de las células principales a nivel microscópico electrónico sugirió que estas células sobrevivieron mientras sus objetivos postsinápticos, es decir, las células principales, están presentes, pero perdieron su inmunopositividad PV [17-19]. La preservación de las células inhibidoras perisomáticas podría ser un mecanismo compensatorio en la epilepsia, para aumentar el control de la actividad de disparo de las células principales [12]. Sin embargo, la mayor cantidad de entrada inhibitoria perisomática junto con las modificaciones funcionales de los procesos inhibidores GABAérgicos pueden explicar que los pacientes con TLE sean frecuentemente resistentes a la terapia [55]. Los fármacos antiepilépticos que se aplican con más frecuencia se dirigen al sistema GABAérgico y tratan de mejorarlo [11]. La entrada inhibitoria perisomática ya se ha mejorado en estos pacientes y una mayor intensificación de la inhibición GABAérgica más bien aumenta la posibilidad de descargas epilépticas que la disminuye, ya que la inhibición perisomática es responsable de la activación sincrónica de las células [3].

Los autores declararon no tener conflicto de intereses.

Se agradece la excelente asistencia técnica de la Sra. Katalin Lengyel, el Sr. Gyozo Goda y la Sra. Szepna Emoke Simon. Este estudio fue apoyado por OTKA, Hungría (NN102802 y K119443), y la Beca del Programa de Investigación del Cerebro Húngaro KTIA-13-NAP-A-IV / 1-4,6.

[1] T. F. Freund y G. Buzsaki, "Interneuronas del hipocampo", Hippocampus, vol. 6, no. 4, págs. 347-470, 1996.

[2] R. Miles, K. Toth, A. I. Gulyas, N. Hajos y T. F. Freund, "Diferencias entre la inhibición somática y dendrítica en el hipocampo", Neuron, vol. 16, no. 4, págs. 815-823, 1996.

[3] T. F. Freund e I. Katona, "Inhibición perisomática", Neuron, vol. 56, no. 1, págs. 33-42, 2007

[4] A. I. Gulyas, N. Hajos y T. F. Freund, "Las interneuronas que contienen calretinina están especializadas para controlar otras interneuronas en el hipocampo de rata", Journal of Neuroscience, vol. 16, no. 10, págs. 3397-3411, 1996.

[5] I. Katona, B. Sperlagh, Z. Magloczky et al., "Las interneuronas GABAérgicas son los objetivos de las acciones de los cannabinoides en el hipocampo humano", Neuroscience, vol. 100, no. 4, págs. 797-804, 2000.

[6] T. F Freund, "Serie Diversidad interneuronal: ritmo y estado de ánimo en la inhibición perisomática", Tendencias en neurociencias, vol. 26, no. 9, págs. 489-495, 2003.

[7] G. Buzsaki, "El diálogo hipocampo-neocortical", Cerebral Cortex, vol. 6, no. 2, págs. 81-92, 1996.

[8] N. Hajos, M. R. Karlbcai, B. Nemeth et al., "Características de entrada-salida de neuronas CA3 identificadas anatómicamente durante la oscilación de onda / ondulación aguda del hipocampo in vitro", Journal of Neuroscience, vol. 33, no. 28, págs. 11677-11691, 2013.

[9] A. I. Gulyas, G. G. Szabb, I. Ulbert et al., "Las células en cesta de picos rápidos que contienen parvalbúmina generan las oscilaciones potenciales de campo inducidas por la activación del receptor colinérgico en el hipocampo", Journal of Neuroscience, vol. 30, no. 45, págs. 15134-15145, 2010.

[10] Z. Kohus, S. Kali, L. Rovira-Esteban et al., "Propiedades y dinámica de la comunicación sináptica inhibidora dentro de los microcircuitos CA3 de células piramidales e interneuronas que expresan parvalbúmina o colecistoquinina", The Journal of Physiology, vol. 594, no. 13, págs. 3745-3774, 2016.

[11] Y. Ben-Ari, "Las convulsiones engendran convulsiones: la búsqueda de GABA como actor clave", Critical Reviews in Neurobiology, vol. 18, no. 1-2, págs. 135-144, 2006.

[12] C. R. Houser, "¿Los cambios estructurales en las neuronas GABA dan lugar al estado epiléptico?" Avances en Medicina y Biología Experimentales, vol. 813, págs. 151-160, 2014.

[13] X. Jiang, M. Lachance y E. Rossignol, "Capítulo 4: participación de las células en cesto positivas de parvalbúmina corticales de picos rápidos en la epilepsia", Progress in Brain Research, vol. 226, págs.81-126, 2016.

[14] T. L. Babb, "Reorganizaciones sinápticas en la epilepsia del hipocampo humano y de rata", Avances en neurología, vol. 79, págs. 763-779, 1999.

[15] J. I. Arellano, A. Muñoz, I. Ballesteros-Yánez, R. G. Sola y J. DeFelipe, "Histopatología y reorganización de las células de araña en el hipocampo esclerótico epiléptico humano", Brain, vol. 127, no. 1, págs. 45-64, 2004.

[16] R. Cossart, C. Bernard e Y. Ben-Ari, "Múltiples facetas de las neuronas y sinapsis GABAérgicas: destinos múltiples de la señalización de GABA en las epilepsias", Trends in Neurosciences, vol. 28, no. 2, págs. 108-115, 2005.

[17] L. Wittner, Z. Maglficzky, Z. Borhegyi et al., "Preservación de la entrada inhibidora perisomática de las células granulares en la circunvolución dentada humana epiléptica", Neuroscience, vol. 108, no. 4, págs. 587-600, 2001.

[18] L. Wittner, L. Eross, S. Czirjak, P Halasz, T. F. Freund y Z. Magloczky, "Las células piramidales CA1 sobrevivientes reciben una entrada inhibidora perisomática intacta en el hipocampo epiléptico humano", Brain, vol. 128, no. 1, págs. 138-152, 2005.

[19] L. Wittner, G. Huberfeld, S. Clemenceau et al., "La región 2 de cornu ammonis del hipocampo humano epiléptico genera una actividad espontánea de tipo interictal in vitro", Brain, vol. 132, no. 11, págs.3032-3046, 2009.

[20] Z. Maglaczky, K. Thth, R. Karlacai et al., "Cambios dinámicos de la expresión del receptor CB1 en hipocampos de ratones epilépticos y humanos", Epilepsia, vol. 51, no. 3, págs.115-120, 2010.

[21] R. Lorente de No, "Estudios sobre la estructura de la corteza cerebral. II. Continuación del estudio del sistema amónico", Journal fur Psychologie und Neurologie, vol. 46, págs. 113-177, 1934.

[22] D. L. Rosene y G. W. Van Hoesen, "La formación hipocampal del cerebro de los primates: una revisión de algunos aspectos comparativos de la citoarquitectura y las conexiones", en Cerebral Cortex, E. G. Jones y A. Peters, Eds. págs. 345-456, Plenum Press, Nueva York, NY, EE. UU., 1987

[23] L. Seress, "La comparación entre especies de la formación del hipocampo muestra un mayor énfasis en la región superior en el cuerno de Ammón del cerebro humano", Journal fur Hirnforschung, vol. 29, no. 3, págs. 335-340, 1988.

[24] R. S. Sloviter, A. L. Sollas, N. M. Barbaro y K. D. Laxer, "Proteína fijadora de calcio (calbindina-D28K) e inmunocitoquímica de parvalbúmina en el hipocampo humano normal y epiléptico", Journal of Comparative Neurology, vol. 308, no. 3, págs. 381-396, 1991.

[25] A. Andrioli, L. Alonso-Nanclares, J. I. Arellano y J.DeFelipe, "Análisis cuantitativo de células inmunorreactivas de parvalbúmina en el hipocampo epiléptico humano", Neuroscience. Vol. 149, no. 1, págs. 131-143, 2007.

[26] I. Blumcke, J. H. Cross y R. Spreafico, "La clasificación de consenso internacional para la esclerosis del hipocampo: un paso importante hacia un pronóstico preciso", The Lancet Neurology, vol. 12, no. 9, págs. 844-846, 2013.

[27] T. L. Babb, J. K. Pretorius, W. R. Kupfer y P. H. Crandall, "Las neuronas inmunorreactivas con glutamato descarboxilasa se conservan en el hipocampo epiléptico humano", Journal of Neuroscience, vol. 9, no. 7, págs. 2562-2574, 1989.

[28] N. C. De Lanerolle, J. H. Kim, A. Williamson y col., "Un análisis retrospectivo de la patología del hipocampo en la epilepsia del lóbulo temporal humano: evidencia de subcategorías distintivas de pacientes", Epilepsia, vol. 44, no. 5, págs. 677-687, 2003.

[29] E. Braak, B. Strotkamp y H. Braak, "Estructuras inmunorreactivas de parvalbúmina en el hipocampo del adulto humano", Cell and Tissue Research, vol. 264, no. 1, págs. 33-48, 1991.

[30] L. Seress, AI Gulyas, I. Ferrer, T. Tunon, E. Soriano y TF Freund, "Distribución, características morfológicas y conexiones sinápticas de las neuronas inmunorreactivas de parvalbúmina y calbindina [D28k] en la formación del hipocampo humano, "Journal of Comparative Neurology, vol. 337, no. 2, págs. 208-230, 1993.

[31] A. Muñoz, P. Méndez, J. DeFelipe y F. J. Alvarez-Leefmans, "Cotransportadores de cloruro de cationes e inervación GABA-ergica en el hipocampo epiléptico humano", Epilepsia, vol. 48, no. 4, págs. 663-673, 2007

[32] L. Wittner, L. Eross, Z. Szabo et al., "Reorganización sináptica de neuronas positivas para calbindina en la región CA1 del hipocampo humano en la epilepsia del lóbulo temporal", Neuroscience, vol. 115, no. 3, págs. 961-978, 2002.

[33] Z. Magloczky y T. F. Freund, "Muerte celular retardada en el hipocampo contralateral después de la inyección de kainato en el subcampo CA3", Neuroscience, vol. 66, no. 4, págs. 847-860, 1995.

[34] A. L. Scotti, O. Bollag, G. Kalt y C. Nitsch, "Pérdida de inmunorreactividad de parvalbúmina pericarial de neuronas GABAérgicas supervivientes en el campo CA1 de jerbos epilépticos", Hippocampus, vol. 7, no. 5, págs. 524-535, 1997.

[35] A. L. Scotti, G. Kalt, O. Bollag y C. Nitsch, "La parvalbúmina desaparece de las neuronas GABAérgicas CA1 del hipocampo del jerbo con la aparición de convulsiones mientras su presencia persiste en la ruta perforante", Brain Research, vol. 760, no. 1-2, págs. 109-117, 1997.

[36] D. G. Amaral y J. A. Dent, "Desarrollo de las fibras musgosas de la circunvolución dentada: I. Un estudio microscópico de luz y electrónica de las fibras musgosas y sus expansiones", Journal of Comparative Neurology, vol. 195, no. 1, págs. 51-86, 1981.

[37] I. Katona, B. Sperlagh, A. Slk et al., "Los receptores cannabinoides CB1 ubicados presinápticamente regulan la liberación de GABA de los terminales axónicos de las interneuronas específicas del hipocampo", Journal of Neuroscience, vol. 19, no. 11, págs. 4544-4558, 1999.

[38] A. Ludanyi, L. Eross, S. Czirjak et al., "Regulación negativa del receptor cannabinoide CBj y elementos moleculares relacionados del sistema endocannabinoide en hipocampo humano epiléptico", The Journal of Neuroscience, vol. 28, no. 12, págs.2976-2990, 2008.

[39] Z. S. Magloczky, L. Wittner, Z. S. Borhegyi et al., "Cambios en la distribución y conectividad de las interneuronas en la circunvolución dentada humana epiléptica", Neurociencia, vol. 96, no. 1, págs. 7-25, 2000.

[40] K. Mackie y N. Stella, "Receptores de cannabinoides y endocannabinoides: evidencia para nuevos jugadores", The AAPS Journal, vol. 8, no. 2, págs. E298-E306, 2006.

[41] K. Mackie, "Señalización a través de receptores cannabinoides del SNC", Endocrinología molecular y celular. Vol. 286, no. 1-2, págs. S60-S65, 2008.

[42] M. R. Karlocai, K. Toth, M. Watanabe y col., "Redistribución de los receptores cannabinoides CB1 en las fases aguda y crónica de la epilepsia inducida por pilocarpina", PLOS ONE, vol. 6, no. 11, ID de artículo e27196, 2011.

[43] R. S. Sloviter, "Estructura del hipocampo alterada permanentemente, excitabilidad e inhibición después del estado epiléptico experimental en la rata: la hipótesis de la 'célula en cesto inactiva' y su posible relevancia para la epilepsia del lóbulo temporal", Hippocampus, vol. 1, no. 1, págs. 41-66, 1991.

[44] F. Loup, H. G. Wieser, Y. Yonekawa, A. Aguzzi y J. M. Fritschy, "Alteraciones selectivas en los subtipos de receptores GABAA en la epilepsia del lóbulo temporal humano", Journal of Neuroscience, vol. 20, págs. 5401-5419, 2000.

[45] G. Sperk, S. Furtinger, C. Schwarzer y S. Pirker, "GABA y sus receptores en la epilepsia", Advances in Experimental Medicine and Biology, vol. 548, págs. 92-103, 2004.

[46] J. E. Franck, J. Pokornny, D. D. Kunkel y P. A. Schwartzkroin, "Características fisiológicas y morfológicas de los circuitos de células granulares en el hipocampo epiléptico humano", Epilepsia, vol. 36, no. 6, págs. 543-558, 1995.

[47] A. Williamson, A. E. Telfeian y D. D. Spencer, "Respuestas prolongadas de GABA en células granulares dentadas en cortes aislados de pacientes con esclerosis del lóbulo temporal", Journal of Neurophysiology, vol. 74, no. 1, págs. 378-387, 1995.

[48] ​​A. Williamson y D. D. Spencer, "Caracterización electrofisiológica de las células piramidales CA2 de humanos epilépticos", Hippocampus, vol. 4, no. 2, págs. 226-237, 1994.

[49] I. Cohen, V. Navarro, S. Clemenceau, M. Baulac y R. Miles, "Sobre el origen de la actividad interictal en la epilepsia del lóbulo temporal humano in vitro", Science, vol. 298, no. 5597, págs. 1418-1421, 2002.

[50] G. Huberfeld, L. Wittner, S. Clemenceau y col., "Homeostasis del cloruro perturbado y señalización GABAérgica en la epilepsia del lóbulo temporal humano", Journal of Neuroscience, vol. 27, no. 37, págs. 9866-9873, 2007.

[51] N. C. de Lanerolle, J. H. Kim, R. J. Robbins y D. D. Spencer, "Pérdida de interneuronas del hipocampo y plasticidad en la epilepsia del lóbulo temporal humano", Brain Research, vol. 495, no. 2, págs. 387-395, 1989.

[52] C. R. Houser, "Pérdida neuronal y reorganización sináptica en la epilepsia del lóbulo temporal", Avances en neurología. Vol. 79, págs. 743-761, 1999.

[53] L. E. Sundstrom, C. Brana, M. Gatherer, J. Mepham y A. Rougier, "Neuronas sintetizadoras de somatostatina y neuropéptido Y en la fascia dentata de humanos con epilepsia del lóbulo temporal", Brain, vol. 124, no. 4, págs. 688-697, 2001.

[54] K. Toth, L. Eross, J. Vajda, P. Halasz, T. F. Freund y Z. Magloczky, "Pérdida y reorganización de interneuronas que contienen calretinina en el hipocampo humano epiléptico", Brain, vol. 133, no. 9, págs. 2763-2777, 2010.

[55] F. Deleo, R. Garbelli, G. Milesi et al., "Resultados quirúrgicos a corto y largo plazo de la epilepsia del lóbulo temporal asociada con la esclerosis del hipocampo: relaciones con la neuropatología", Epilepsia, vol. 57, no. 2, págs.306-315, 2016.

Lucia Wittner (1) y Zsofia Magloczky (2)

(1) Instituto de Psicología y Neurociencia Cognitiva, Centro de Investigación de Ciencias Naturales, Academia de Ciencias de Hungría, Budapest, Hungría

(2) Instituto de Medicina Experimental, Academia de Ciencias de Hungría, Budapest, Hungría

La correspondencia debe dirigirse a Zsofia Magloczky [email protected]

Recibido el 8 de septiembre de 2016 Revisado el 7 de noviembre de 2016 Aceptado el 14 de noviembre de 2016 Publicado el 2 de enero de 2017

Editor académico: Johan Pallud

Leyenda: Figura 1: Las micrografías de luz muestran la distribución de las interneuronas que contienen PV en la región CA1 de control humano (a) y epiléptica (b-d). (a) Las células horizontales PV positivas (puntas de flecha dobles) están presentes en el stratum oriens (s. o.). Las células multipolares PV positivas (flechas) ubicadas en el estrato piramidal (s. P.) Envían sus dendritas a todas las capas (puntas de flecha). (b) En la región CA1 epiléptica no esclerótica (Tipo 1, leve), el número de elementos PV positivos (somas y dendritas) ha disminuido, principalmente visibles en el estrato oriens. (c) En la región CA1 no esclerótica con pérdida de células en parches (Tipo 2), la disminución en el número de elementos positivos para PV es aún más pronunciada. En varios casos, las células piramidales supervivientes (lado izquierdo) acumulan el cromógeno diaminobencidina (dando una tinción específica), posiblemente debido a procesos de degeneración celular. (d) En la región esclerótica CA1 (tipo 3) sólo están presentes unas pocas células y dendritas teñidas con PV. Barra SCA1e: 50 [micro] m.

Leyenda: Figura 2: Los dibujos de la cámara lucida muestran la interneurona PV positiva con su nube axonal (a) y la tinción axonal no homogénea (b) en la circunvolución dentada esclerótica humana (Tipo 3). Insertar en (a) muestra las complejas formaciones de araña en la circunvolución dentada del hipocampo esclerótico. (b) Los parches axonales densos PV positivos se alternan con la falta de botones teñidos en la capa de células granulares de los pacientes epilépticos. Los cuerpos celulares esquemáticos indican la ubicación de los somas de interneuronas PV-positivos en el estrato molecular. s. m .: estrato molecular, s. g .: estrato granuloso y h: hilio. La entrada inhibitoria perisomática incluyó sinapsis simétricas (presumiblemente inhibitorias) positivas para PV (c) y negativas para PV (d) tanto en el control humano como en la circunvolución dentada epiléptica (flechas). En el hipocampo esclerótico, también se encontró que las fibras musgosas forman sinapsis asimétricas (presumiblemente excitadoras) en los somas de células granulares ((e), punta de flecha). Micrografías electrónicas de sinapsis inhibidoras PV-negativas (f) y PV positivas (g) que terminan en AIS, en el control y en la circunvolución dentada epiléptica, respectivamente. Nótese el boutón más grande en el tejido epiléptico, que produce una sinapsis perforada. Se encontró que la cobertura sináptica inhibitoria somática y axonal aumentaba en todas las muestras epilépticas. PV +: parvalbúmina positiva, PV-: parvalbúmina negativa, MF: fibra musgosa y AIS: segmento inicial del axón. Barras SCA1e: (a) 20 [micro] m, insertar: 15 [micro] m, (b) 100 [micro] my (c-g) 1 [micro] m.

Leyenda: Figura 3: Las micrografías de luz de gran aumento (a-d) muestran los somas (paneles superiores) y la nube axonal (paneles inferiores) de células PV positivas en la región CA1 de control humano (a) y epiléptica (b-d). El número de elementos PV positivos disminuyó con el grado de pérdida celular en la región CA1 epiléptica humana. Los axones teñidos con PV (paneles inferiores) formaron una red densa en el estrato piramidal de la región CA1 siempre que estén presentes sus dianas postsinápticas, es decir, células piramidales (b, c). Observe la formación en forma de canasta en (a) - (c) (puntas de flecha) y la formación en forma de candelabro en (b) (puntas de flecha dobles). En la región esclerótica CA1 que carece de células principales, apenas se pueden ver axones PV positivos (d). Barra SCA1e: (a-d) 20 [micro] m. Las micrografías electrónicas muestran botones axonales teñidos con PV que entran en contacto con somas de células piramidales (e, f) en la región CA2 de control (e) y epiléptica (f). Los segmentos iniciales del axón (AIS, (g) y (h)) fueron los otros objetivos principales de los axones PV positivos en la región CA1 de control humano (g) y epiléptica (h). Barras SCA1e: (a) - (d) 20 [micro] m (e) - (h) 1 [micro] m.

Leyenda: Figura 4: Las micrografías de luz muestran la distribución de elementos inmunorreactivos CB1 en el control humano (a, c) y el giro dentado epiléptico (b-d). (a) Una densa malla inmunopositiva CB1 estaba presente alrededor de las células granulares dentadas y en el estrato molecular (s. m.). El hilus (H) contenía menos terminales CB1 positivos. La flecha apunta a una interneurona CB1 positiva. (b) En pacientes epilépticos con esclerosis del hipocampo, la densidad de fibras positivas a CB1 se ha incrementado en el estrato molecular y granuloso. Nótese la dispersión de las células granulares. Las flechas apuntan a interneuronas positivas para CB1. (c) Los terminales inmunoteñidos con CB1 estaban presentes en el hilio, en una distribución homogénea. La flecha apunta a una interneurona CB1 positiva. (d) En el hilio del hipocampo epiléptico estaban presentes más terminales CB1-positivos que a menudo formaban una red densa alrededor de las células musgosas supervivientes o interneuronas (puntas de flecha).

Leyenda: Figura 5: Las micrografías de luz muestran la distribución de fibras inmunopositivas CB1 en las regiones CA3 de control humano (a) y epilépticas (b-c). (a) Alrededor de las células piramidales estaba presente una red homogénea inmunopositiva a CB1. (b) En pacientes epilépticos sin esclerosis del hipocampo, la densidad de fibras positivas a CB1 se ha incrementado moderadamente. (c) Se ha observado un aumento adicional de la densidad en la región CA3 del hipocampo esclerótico, si se conservan las células piramidales. Las flechas apuntan a cuerpos de células piramidales rodeados por formaciones en forma de canasta de fibras positivas a CB1. Barra SCA1e: 20 [micro] m.

Leyenda: Figura 6: Las micrografías de luz muestran la distribución de fibras inmunopositivas CB1 en las regiones CA1 de control humano (a) y epilépticas (b-c). (a) La red axonal inmunopositiva CB1 estaba presente en el estrato piramidal. (b) En pacientes epilépticos sin esclerosis del hipocampo, la densidad de fibras positivas a CB1 se ha incrementado ligeramente. (c) La densidad de axones positivos para CB1 se ha reducido en la región esclerótica CA1. Las flechas apuntan a cuerpos de células piramidales rodeados por formaciones en forma de canasta de fibras positivas a CB1. Las puntas de flecha muestran axones. Barra SCA1e: 25 [micro] m.


Introducción

En la neocorteza, las neuronas inhibidoras del ácido aminobutírico-ergico (GABAérgico) muestran una gran diversidad de morfologías dendríticas y axonales, propiedades de disparo intrínsecas y características químicas (Markram et al., 2004 Ascoli et al., 2008 Kubota, 2014 Zeisel et al., 2015 Tasic et al., 2016). Las neuronas parvalbúmina- (PV +), somatostatina- (SOM +) y polipéptido intestinal vasoactivo positivo (VIP +) son las tres subclases principales de neuronas GABAérgicas (Xu et al., 2010 Rudy et al., 2011 Hioki et al., 2013) . Los tipos de células GABAérgicas individuales desempeñan funciones funcionales únicas en el microcircuito neocortical (Gentet et al., 2012 Lee et al., 2012, 2013 Lovett-Barron et al., 2012 Wilson et al., 2012 Pi et al., 2013 Fu et al. ., 2014 Zhang et al., 2014), y establecen conexiones sinápticas recíprocas entre sí (Isaacson y Scanziani, 2011 Pfeffer et al., 2013).

Las neuronas VIP + se distribuyen principalmente en la capa (L) 2/3 del neocórtex de roedores (Connor y Peters, 1984 Bayraktar et al., 2000 Xu et al., 2010 Rudy et al., 2011 Pr & # x000F6nneke et al., 2015) , y las neuronas L2 / 3 VIP + son diferentes de las de las capas más profundas en términos de características morfológicas, electrofisiológicas y moleculares (Pr & # x000F6nneke et al., 2015 Tasic et al., 2016). La mayoría de las neuronas L2 / 3 VIP + extienden sus dendritas bidireccionalmente en la orientación vertical, caracterizadas morfológicamente como células bipolares / bipolares modificadas / bitutadas, y envían fibras axónicas vertical y translaminarmente a través de L1 & # x020136 (Connor y Peters, 1984 Kawaguchi y Kubota, 1996 Bayraktar et al. al., 2000 Pr & # x000F6nneke et al., 2015). La activación de las neuronas VIP + potencia la excitabilidad de las células piramidales mediante la inhibición de otros tipos de neuronas inhibidoras que inervan las células piramidales, que se han encontrado principalmente en L2 / 3 de las cortezas sensoriales (Lee et al., 2013 Pfeffer et al., 2013 Pi et al. ., 2013 Fu et al., 2014 Zhang et al., 2014). Por lo tanto, la regulación de la actividad de las neuronas L2 / 3 VIP + es crucial para el control de ganancia de la respuesta de las células piramidales a las entradas sensoriales en las cortezas sensoriales (Kepecs y Fishell, 2014 Pfeffer, 2014).

Los impactos de las entradas excitatorias e inhibidoras sobre la actividad de las neuronas VIP + se han investigado con técnicas electrofisiológicas y optogenéticas en resolución espacial celular midiendo la fuerza de las conexiones de célula a célula utilizando registro somático (Porter et al., 1998 Rozov et al. , 2001 Lee et al., 2013 Pfeffer et al., 2013 Pi et al., 2013 Zhang et al., 2014). Sin embargo, la información anatómica sobre las localizaciones subcelulares de los sitios de entrada sináptica en las neuronas VIP + no está disponible debido a la resolución espacial limitada. Las porciones dendríticas proximales y distales de las neuronas GABAérgicas exhiben diferentes propiedades en la retropropagación del potencial de acción y la dinámica del calcio (Goldberg et al., 2003), lo que indica que las entradas sinápticas a los diferentes compartimentos somatodendríticos tienen diferentes pesos en el cálculo dentro de los dominios postsinápticos. El conocimiento de la configuración precisa de las entradas sinápticas a las estructuras somatodendríticas en las neuronas VIP +, por lo tanto, debería ser indispensable para comprender mejor la regulación de la actividad de las neuronas VIP +, que afecta la excitabilidad de las células piramidales.

En el presente estudio, analizamos morfológicamente el patrón espacial de entradas sinápticas a las neuronas VIP + en resolución espacial subcelular en L2 / 3 del campo de barril de la corteza somatosensorial primaria del ratón (S1BF). Las membranas plasmáticas somatodendríticas de las neuronas VIP + se visualizaron selectivamente con proteína fluorescente verde etiquetada (GFP) mediante transducción con un vector de virus adenoasociado recombinante (AAV) en ratones con knock-in de VIP-Cre, y se visualizaron inmunohistoquímicamente los sitios de entrada excitadores e inhibidores. Se realizaron estudios de imágenes de las muestras visualizadas mediante microscopía de barrido láser confocal para analizar la distribución de los sitios de entrada sináptica en las membranas somatodendríticas de las neuronas VIP +. Finalmente, evaluamos las preferencias posicionales de las entradas sinápticas en los compartimentos somatodendríticos VIP +.


Espinas y sinapsis como elementos básicos del almacenamiento de memoria

Tobias Bonhoeffer

En su obra fundamental, Donald Hebb [1] propuso que el mecanismo básico por el cual los recuerdos se almacenan en el cerebro es la mejora de la fuerza sináptica y, en relación con eso, los cambios morfológicos de los respectivos contactos sinápticos. En otras palabras, propuso que las sinapsis y no las células son los bloques de construcción básicos de la memoria, desde una perspectiva teórica una sugerencia razonable, ya que hay aproximadamente entre 10.000 y 100.000 veces más sinapsis en el cerebro que neuronas.

A estas alturas, está bien establecido que los cambios morfológicos a nivel sináptico ocurren junto con estímulos que se cree que imitan eventos de aprendizaje. Los experimentos in vitro [12, 23] han demostrado que la potenciación a largo plazo da como resultado la adición de espinas dendríticas, pequeñas protuberancias que albergan contactos sinápticos. Decenas de miles de estas espinas decoran las dendritas de la mayoría de las células excitadoras del hipocampo y la neocorteza. Y, de hecho, estudios posteriores mostraron que las espinas no sólo van y vienen, sino que también cambian de forma durante supuestos eventos de aprendizaje [19], una sugerencia que Francis Crick había presentado en un artículo puramente teórico [24]. Por lo tanto, está bien establecido que las espinas emergen, desaparecen y cambian con eventos celulares que se cree que subyacen a los procesos de aprendizaje. Pero, ¿es esto simplemente una correlación o hay formas de demostrar que estos eventos realmente se encuentran en la base del aprendizaje y el almacenamiento de la memoria en el cerebro? Experimentos recientes han logrado avances sustanciales a este respecto.

El primer estudio que dejó claro que las espinas son importantes para el almacenamiento de información a largo plazo se realizó en la corteza visual de ratones [25]. En la corteza visual es bien sabido que las conexiones sinápticas se establecen o modifican con cambios en la experiencia visual, como el cierre temporal de un ojo.Estos cambios plásticos se utilizan a menudo como un proxy de lo que sucede durante la formación de la memoria, ya que comparten características clave: es, por ejemplo, un hecho universalmente aceptado en la investigación de la memoria que la información que se ha adquirido temprano en la vida se puede aprender mucho más fácilmente un segunda vez, incluso si se había "olvidado por completo" mientras tanto. Este efecto se ha denominado "ahorro" [26] y es un sello distintivo de la mayoría de los procesos de memoria. Se ha demostrado que el mismo efecto ocurre en el sistema visual [27]. Los ratones fueron privados de forma monocular durante un par de días al comienzo de la vida para que el sistema visual se adaptara a este cambio del entorno visual. Posteriormente, los animales fueron sometidos de nuevo a una visión normal para que su corteza visual volviera a funcionar normalmente. Si la privación monocular se realizó por segunda vez, mucho más tarde en la vida, cuando normalmente este procedimiento tiene un efecto muy limitado (si lo tiene), todavía se lleva a cabo una adaptación sustancial debido a la experiencia temprana que ha tenido el animal. Es importante destacar que este efecto de ahorro podría estar relacionado con nuevas espinas que surgieron durante el primer episodio de plasticidad y persistieron [25]. El hecho de que no hubo crecimiento de espinas adicionales durante el segundo período de plasticidad, mientras que la adaptación funcional ocurrió mucho más rápido y de manera más confiable, sugiere que las espinas persistentes facilitan la segunda adaptación [25]. Por tanto, estas espinas sirven para “recordar” las experiencias sensoriales previas que tuvieron los animales. Dos estudios posteriores [28, 29] reforzaron aún más el caso al mostrar que también en la corteza motora la generación de nuevas espinas forma la base del aprendizaje de tareas motoras de diferentes tipos. Curiosamente, en uno de estos estudios [28] también se encontró que el reaprendizaje de una tarea ocurría más rápido y no implicaba la generación de nuevas espinas, nuevamente argumentando que las espinas persistentes “memorizan” tareas motoras específicas. Además, este estudio demostró que el aprendizaje de diferentes tareas implica diferentes conjuntos de espinas, lo que proporciona un argumento sólido para que las espinas y no las células sean la entidad relevante para el almacenamiento de información en el cerebro.

Estos tres artículos fueron de los primeros en defender una relación causal entre espinas nuevas (o cambiantes) y el aprendizaje o el almacenamiento de información en el cerebro. Posteriormente, varios estudios reforzaron aún más esta hipótesis. Algunos de ellos utilizaron el condicionamiento del miedo para mostrar que también en este paradigma el aprendizaje va acompañado de cambios estructurales: la extinción del miedo y el condicionamiento del miedo están marcados por la generación o eliminación de espinas en la corteza de asociación frontal [30] y la corteza auditiva [31]. Un hallazgo particularmente interesante en este contexto es que la extinción induce la aparición de espinas que fueron eliminadas tras el condicionamiento original del miedo al mismo estímulo pero no a un estímulo condicionado distinto, lo que sugiere que las espinas están nuevamente asociadas específicamente con la extinción de una asociación específica [30 ]. Curiosamente, también en un modelo animal completamente diferente —aprendizaje de canciones en pinzones cebra— se demostró que se generan nuevas espinas en el núcleo del prosencéfalo HVC cuando un animal aprende una nueva canción de un tutor [32].

Finalmente, ¿qué pasa con el experimento que ha estado durante mucho tiempo en la agenda [33], a saber, la ablación específica de las espinas que se han generado durante el aprendizaje? Si las interpretaciones anteriores son ciertas, la ablación de la columna debería llevar al olvido de la información que se aprendió cuando se generaron las nuevas espinas. Los primeros pasos importantes en esa dirección se han realizado en un experimento reciente del grupo de Haruo Kasai [34], que etiquetó específicamente las espinas que se generaron en una ventana de tiempo particular inmediatamente después del aprendizaje. Cuando estas espinas fueron posteriormente extirpadas o al menos reducidas de tamaño, el animal de hecho olvidó la información previamente aprendida. El paradigma de aprendizaje es hasta ahora relativamente simple (aprendizaje de varilla giratoria) pero proporciona una muy buena indicación de que la generación de nuevas espinas o su ampliación es verdaderamente causal al menos en algunas formas de aprendizaje.

En conjunto, ahora hay evidencia considerable de diferentes especies, así como de diferentes paradigmas de aprendizaje, de que las espinas y, por lo tanto, las sinapsis, cambian cuando un animal aprende. Además, existen indicios convincentes de que el mantenimiento de conexiones estructurales previamente establecidas a nivel de las espinas dendríticas explica el fenómeno de la memoria del ahorro. Finalmente, si se extirpan las espinas, un animal olvida lo que ha aprendido mediante la adición de sinapsis espinales nuevas o más fuertes. Todos estos experimentos parecen apuntar fuertemente hacia la noción de que las espinas o sinapsis (y no células enteras) pueden ser la unidad más pequeña de almacenamiento de memoria en el cerebro y, por lo tanto, puede ser más apropiado decir que el "engrama" de un la memoria se establece en el conjunto de espinas o sinapsis que se modifican cuando se almacena información específica. Por supuesto, esto no quiere decir que los engramas no sean visibles en el nivel de las células individuales (ver la contribución anterior a este Foro por Pignatelli, Ryan y Tonegawa) después de todo, la actividad de las células está determinada por el complemento de sus sinapsis. Sin embargo, la resolución más fina del engrama solo puede hacerse aparente si uno realmente considera todo sobre la base del patrón de sinapsis o espinas que cambian durante un evento de memoria en particular.


Organización de las propiedades del campo receptivo

Existe una organización serial y jerárquica de las propiedades del campo receptivo. Cada modalidad sensorial está compuesta por múltiples áreas cerebrales. A medida que se avanza desde el receptor hasta el tálamo, la corteza sensorial primaria y las áreas cognitivas superiores del cerebro, los campos receptivos demuestran requisitos de estímulo cada vez más complejos. Por ejemplo, en el sistema auditivo, las neuronas periféricas pueden responder bien a los tonos puros, mientras que algunas neuronas centrales responden mejor a los sonidos de frecuencia modulada. En la corteza visual y somatosensorial primaria, los campos receptivos son selectivos para la orientación o dirección del movimiento de un estímulo, mientras que en las áreas corticales visuales superiores, las neuronas pueden responder mejor a imágenes de caras u objetos.

En los sistemas visual y somatosensorial, los campos receptivos pueden ser regiones esencialmente circulares u ovaladas de la retina o la piel. Por el contrario, en el tálamo, los campos receptivos visuales y somatosensoriales son circulares y exhiben antagonismo entre el centro y el entorno, en el que la aparición de un estímulo en una piel o región retiniana provoca respuestas de activación y en las regiones circundantes provoca respuestas inhibidoras. Por tanto, el mismo estímulo produce respuestas opuestas en esas regiones. Los efectos del antagonismo de los estímulos en diferentes lugares son una manifestación del fenómeno llamado inhibición lateral. En la inhibición lateral, el estímulo óptimo no es espacialmente uniforme en todo el campo receptivo, sino que es un punto de luz discreto (en el caso del ojo) o de contacto (en el caso de una superficie corporal), con contraste entre las regiones central y circundante. .

Refiriéndose a una región, un campo receptivo es fundamentalmente una entidad espacial (una porción del campo visual o retina, o una porción de la superficie corporal) que tiene más sentido en los sistemas visual y somatosensorial. En el sistema auditivo, las células ciliadas sintonizadas con frecuencias particulares están ubicadas en diferentes lugares a lo largo de la membrana basilar, lo que implica una relevancia espacial para los campos receptivos auditivos. En el sistema auditivo, se podría definir el campo receptivo de una célula como el conjunto específico de frecuencias a las que responde la célula. En el sistema nervioso en general, el campo receptivo de una neurona sensorial se define por sus entradas sinápticas. El campo receptivo de cada célula resulta de la combinación de campos de todas las neuronas que le proporcionan información. Debido a que las entradas no se suman simplemente, las propiedades del campo receptivo de una neurona comúnmente se describen en términos de los estímulos que provocan respuestas de la célula.


Estructura y función de la neurona

El cerebro contiene miles de millones de neuronas que trabajan juntas para producir sensación, pensamiento, aprendizaje, movimiento, emoción y muchos otros procesos. La coordinación de estas actividades requiere una comunicación rápida y extensa entre neuronas y tejidos individuales (por ejemplo, músculos). Para lograr esto, las neuronas utilizan señales eléctricas para transmitir información dentro de una sola célula y señales químicas entre células. Estas funciones únicas han obligado a la neurona a adoptar una estructura celular diferente a la de otras células.

Las neuronas comprenden un cuerpo celular (o soma), dendritas y un axón que termina en una terminal. El cuerpo celular contiene el núcleo y la maquinaria necesarios para sintetizar proteínas. El cuerpo celular es también la región de la neurona en la que se genera un impulso eléctrico. Desde el cuerpo celular se extienden dendritas cortas y ramificadas que reciben señales químicas de otras neuronas o estímulos que inician una señal eléctrica. Este impulso eléctrico (o potencial de acción) se propaga desde el cuerpo celular, a lo largo del axón hacia su terminal. El axón es una fibra alargada que transmite el impulso alterando el flujo de iones de sodio y potasio a través de la membrana neuronal. Muchos axones están rodeados por una vaina de mielina compuesta de lípidos y proteínas. Al igual que el aislamiento que recubre un cable eléctrico, esta capa de grasa aumenta en gran medida la velocidad de los impulsos eléctricos por el axón.

Aunque la terminal nerviosa de una neurona está muy cerca de las dendritas de una célula adyacente, las células están realmente separadas por un pequeño espacio, esta conexión entre las dos células se llama sinapsis. La sinapsis representa una verdadera brecha entre las células; no hay intercambio de citoplasma o estructuras celulares entre las células presinápticas y postsinápticas. La comunicación entre neuronas es un proceso químico que utiliza neurotransmisores en un proceso llamado transmisión sináptica.

La neurona consta de un cuerpo celular, dendritas y un axón. La información fluye desde las dendritas hasta el cuerpo celular y luego baja por el axón hasta su terminal.

Neurotransmisión

Cuando un impulso eléctrico viaja por el axón hasta las terminales nerviosas, desencadena el movimiento de vesículas en la terminal para liberar su contenido, sustancias químicas conocidas como neurotransmisores. Después de la liberación, los neurotransmisores se difunden a través del espacio sináptico y se unen a los receptores de las dendritas de las células postsinápticas. La unión de un neurotransmisor a su receptor es específica. Así como una llave solo cabe en una determinada cerradura, un neurotransmisor se une solo a un cierto tipo de receptor.

Hay muchos tipos de neurotransmisores en el cerebro y cada uno tiene una función única. La interacción entre el receptor y el neurotransmisor produce cambios químicos y / o eléctricos en la célula postsináptica dependiendo del neurotransmisor unido exacto. Los neurotransmisores excitadores promueven la propagación de la señal eléctrica en la célula receptora, mientras que los neurotransmisores inhibidores amortiguan la transmisión de la señal eléctrica. Si el neurotransmisor desencadena un potencial de acción en la neurona postsináptica, el proceso de comunicación continúa. Solo una fracción de segundo después de unirse a sus receptores, los neurotransmisores pueden descomponerse mediante enzimas o reciclarse nuevamente en la célula presináptica.


¿Cuándo y dónde nacen las nuevas neuronas?

Sin duda, el cerebro humano adulto es capaz de aprender a lo largo de la vida y de cambiar y adaptarse, una capacidad que los científicos del cerebro denominan neuroplasticidad, la capacidad del cerebro para reorganizarse reconectando conexiones. Sin embargo, un dogma central en el campo de la neurociencia durante casi 100 años había sido que un niño nace con todas las neuronas que tendrá porque el cerebro adulto no puede regenerar neuronas.

Hace poco más de medio siglo, los investigadores idearon una forma de estudiar la proliferación de células en el cerebro maduro, basándose en técnicas para incorporar un marcador radiactivo en nuevas células a medida que se dividen. Este enfoque condujo al sorprendente descubrimiento en la década de 1960 de que los cerebros de los roedores en realidad podían generar nuevas neuronas.

Anteriormente se pensaba que la neurogénesis, la producción de nuevas neuronas, solo ocurría durante la vida embrionaria, una época de crecimiento y expansión cerebral extremadamente rápidos, y los hallazgos de los roedores fueron recibidos con considerable escepticismo. Luego, los investigadores descubrieron que también nacen nuevas neuronas a lo largo de la vida en el cerebro de los pájaros cantores, una especie que los científicos utilizan como modelo para estudiar el aprendizaje vocal. Comenzó a parecer que la neurogénesis juega un papel clave en el aprendizaje y la neuroplasticidad, al menos en algunas regiones del cerebro en algunas especies animales.

Aun así, los neurocientíficos se mostraron escépticos de que muchas células nerviosas pudieran renovarse en el cerebro adulto; la evidencia era escasa de que las células en división en cerebros de mamíferos produjeran nuevas neuronas, a diferencia de otros tipos de células. No fue hasta que los investigadores extrajeron células madre neurales de cerebros de ratones adultos y las cultivaron en cultivos celulares que los científicos demostraron que estas células precursoras podían dividirse y diferenciarse en nuevas neuronas. Ahora, en general, está bien aceptado que la neurogénesis tiene lugar en dos áreas del cerebro de los roedores adultos: los bulbos olfativos, que procesan la información del olfato, y el hipocampo, una región caracterizada por la neuroplasticidad que se requiere para formar nuevos recuerdos declarativos.

Las células madre neurales adultas se agrupan en lo que los científicos llaman nichos: semilleros para cultivar el nacimiento y el crecimiento de nuevas neuronas, reconocibles por su arquitectura distintiva. A pesar de la creciente evidencia del crecimiento regional de nuevas neuronas, estos estudios subrayaron el hecho de que el cerebro adulto alberga solo unos pocos nichos de células madre y su capacidad para producir neuronas se limita a unos pocos tipos de células.

Con este conocimiento y nuevas herramientas para etiquetar células en proliferación e identificar neuronas en maduración, los científicos comenzaron a buscar neurogénesis posnatal en cerebros de primates y humanos.

Una célula madre neural de ratón (azul y verde) crece en una placa de laboratorio. ¿Pueden las células cerebrales humanas hacer lo que hacen las células cerebrales de los roedores? Mark McClendon, Zaida Alvarez Pinto, Samuel I. Stupp, Northwestern University, Evanston, IL, CC BY-NC


Mapeando el cerebro de la mosca, Neuron por Neuron

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WASHINGTON - Una nueva técnica basada en computadora está explorando un territorio inexplorado en el cerebro de la mosca de la fruta con detalles célula por célula que pueden integrarse en redes para obtener una visión detallada de cómo funcionan juntas las neuronas. En última instancia, la investigación puede conducir a un plan maestro completo de todo el cerebro de la mosca. Mapear las 100.000 neuronas estimadas en el cerebro de una mosca y ver cómo interactúan para controlar el comportamiento será una herramienta poderosa para descubrir cómo funcionan los miles de millones de neuronas en el cerebro humano.

El programa ya ha encontrado algunas características nuevas del cerebro de la mosca de la fruta, dijo el coautor del estudio Hanchuan Peng del campus de investigación agrícola Janelia del Instituto Médico Howard Hughes en Ashburn, Virginia. "Podemos ver patrones muy hermosos y muy complicados", dijo Peng, quien presentó los resultados el 9 de abril en la 51ª Conferencia Anual de Investigación de Drosophila. & quotSi observa las neuronas con una mejor resolución o las regiones que nunca antes había mirado & # x27, encontrará algo nuevo & quot.

Peng y sus colegas desarrollaron un método, también descrito en el informe de abril Biotecnología de la naturaleza, que incorpora muchas imágenes diferentes de cerebros de moscas de la fruta. Los cerebros provienen de moscas que fueron programadas genéticamente para que las neuronas seleccionadas brillen cuando son golpeadas con un tipo particular de luz láser. Al combinar miles de estas imágenes digitales de diferentes moscas, los investigadores pueden crear mapas de cómo encajan estas diferentes poblaciones neuronales. El mapa completo del cerebro de la mosca aún no está completo, pero crecerá a medida que se agreguen más imágenes.

Este tipo de estudios a gran escala que se centran en cómo están conectadas las neuronas son "muy importantes para el futuro", comentó el genetista Wei Xie de la Universidad del Sureste en Nanjing, China. Comprender cómo funcionan todas las neuronas juntas es mucho más significativo que estudiar cómo una sola célula cerebral se conecta a otra célula, dijo Xie. "Una neurona no es suficiente".

"Lo que queremos hacer en los próximos años es agregar más y más reconstrucciones de neuronas en este mapa", dijo Peng. Él comparó el proceso con un recurso de Google Earth. “Si piensas en el cerebro de la mosca de la fruta como en la Tierra, las pequeñas neuronas serán las calles. Queremos mapear muchas calles de neuronas en la Tierra '', dijo.

Peng y sus colegas han comenzado a peinar su mapa cerebral preliminar en busca de características interesantes y a comparar los cerebros de diferentes moscas entre sí. En su mayor parte, los patrones de las vías de conexión neuronal no varían mucho de un cerebro a otro, encontraron los investigadores.

Por otro lado, las formas de las células en la misma estructura cerebral pueden diferir dramáticamente. Por ejemplo, la variedad de formas que se encuentran en las neuronas de una estructura cerebral en forma de rueda llamada cuerpo elipsoide "es simplemente asombrosa", dice Peng. En la misma marcha, algunas de las células se extienden dentro del anillo, mientras que otras apuntan hacia afuera en una compleja disposición de candado y llave.

Los resultados son preliminares, pero encontrar una variación tan inesperada podría significar que estas neuronas, que se pensaba que eran casi copias carbón entre sí, tienen importantes diferencias funcionales.


Neuron le dice a las células madre que desarrollen nuevas neuronas

En la representación de este artista del nicho neurogénico subependimario adulto (visto desde debajo del ependyma), las señales eléctricas generadas por la neurona ChAT + dan lugar a neuroblastos recién nacidos que migran, que se ven moviéndose sobre la parte inferior de las células ependimarias. Ilustración de O'Reilly Science Art.

Los investigadores de Duke han encontrado un nuevo tipo de neurona en el cerebro adulto que es capaz de decirle a las células madre que produzcan más neuronas nuevas. Aunque los experimentos se encuentran en sus primeras etapas, el hallazgo abre la tentadora posibilidad de que el cerebro pueda repararse a sí mismo desde adentro.

Los neurocientíficos han sospechado durante algún tiempo que el cerebro tiene cierta capacidad para dirigir la fabricación de nuevas neuronas, pero era difícil determinar de dónde provienen estas instrucciones, explica Chay Kuo, MD Ph.D., profesor asistente de biología celular, neurobiología y pediatría.

En un estudio con ratones, su equipo encontró una población previamente desconocida de neuronas dentro del nicho neurogénico de la zona subventricular (SVZ) del cerebro adulto, adyacente al cuerpo estriado. Estas neuronas expresaron la enzima colina acetiltransferasa (ChAT), que se requiere para producir el neurotransmisor acetilcolina. Con herramientas optogenéticas que permitieron al equipo sintonizar la frecuencia de disparo de estas neuronas ChAT + hacia arriba y hacia abajo con luz láser, pudieron ver cambios claros en la proliferación de células madre neurales en el cerebro.

Los hallazgos aparecieron como una publicación avanzada en línea el 1 de junio en la revista Nature Neuroscience.

La población de neuronas maduras ChAT + es solo una parte de un circuito neuronal no descrito que aparentemente habla con las células madre y les dice que aumenten la producción de nuevas neuronas, dijo Kuo.Los investigadores aún no conocen todas las partes del circuito, ni el código que está usando, pero al controlar las señales de las neuronas ChAT +, Kuo y sus colegas de Duke han establecido que estas neuronas son necesarias y suficientes para controlar la producción de nuevas neuronas a partir de la SVZ. nicho.

"Hemos estado trabajando para determinar cómo se mantiene la neurogénesis en el cerebro adulto. Es muy inesperado y emocionante descubrir esta puerta de enlace oculta, un circuito neuronal que puede instruir directamente a las células madre para que produzcan más neuronas inmaduras", dijo Kuo, quien es también el profesor asistente George W. Brumley, Jr. MD de biología del desarrollo y miembro del Instituto Duke de Ciencias del Cerebro. "¡Ha sido esta fascinante búsqueda del tesoro la que parecía un callejón sin salida en múltiples ocasiones!"

Kuo dijo que este proyecto se inició hace más de cinco años cuando la autora principal Patricia Páez-González, becaria postdoctoral, se encontró con procesos neuronales que contactan células madre neurales mientras estudiaba cómo se ensamblaba el nicho SVZ.

Las neuronas jóvenes producidas por estas señales estaban destinadas al bulbo olfatorio en roedores, ya que el ratón tiene una gran parte de su cerebro dedicada a procesar el sentido del olfato y necesita estas nuevas neuronas para apoyar el aprendizaje. Pero en los humanos, con un bulbo olfativo mucho menos impresionante, Kuo dijo que es posible que se produzcan nuevas neuronas para otras regiones del cerebro. Una de esas regiones puede ser el cuerpo estriado, que media los controles motores y cognitivos entre la corteza y los ganglios basales complejos.

"El cerebro cede un espacio privilegiado alrededor de los ventrículos laterales para el nicho SVZ que alberga estas células madre", dijo Kuo. "¿Es una especie de fábrica que recibe pedidos?" El becario postdoctoral Brent Asrican hizo una observación clave de que las células madre SVZ escuchaban claramente las órdenes de las nuevas neuronas ChAT +.

Los estudios de lesiones por accidente cerebrovascular en roedores han observado que las células SVZ aparentemente migran hacia el cuerpo estriado vecino. Y el mes pasado, en la revista Cell, un equipo sueco observó por primera vez neuronas de control recién creadas llamadas interneuronas en el cuerpo estriado humano. Informaron que, curiosamente, en los pacientes con enfermedad de Huntington, esta área parece carecer de las interneuronas del recién nacido.

"Esta es una población celular muy importante y relevante que controla esas células madre", dijo Sally Temple, directora del Instituto de Células Madre Neuronales de Rensselaer, Nueva York, que no participó en esta investigación. "Es realmente interesante ver cómo entran en juego las inervaciones ahora en la zona subventricular".

El equipo de Kuo encontró este sistema siguiendo las señales colinérgicas, pero otros grupos están llegando al mismo nicho siguiendo las señales dopaminérgicas y serotoninérgicas, dijo Temple. "Es un área realmente caliente porque es un hermoso nicho de células madre para estudiar. Es este hermoso nicho donde se pueden observar interacciones de célula a célula".

Estos hilos emergentes tienen a Kuo con la esperanza de que los investigadores eventualmente puedan encontrar la manera de "activar ciertos circuitos del cerebro para llevar a una actualización de hardware. ¿No sería bueno si pudiera actualizar el hardware del cerebro para mantenerse al día con el nuevo software? ? " Dijo que quizás haya una manera de combinar la terapia conductual y los tratamientos con células madre después de una lesión cerebral para reconstruir parte del daño.

Las preguntas que tenemos por delante están tanto en sentido ascendente desde las nuevas neuronas ChAT + como en sentido descendente, dice Kuo. Aguas arriba, ¿qué señales cerebrales le dicen a las neuronas ChAT + que comiencen a pedir a las células madre más neuronas jóvenes? Aguas abajo, ¿cuál es la lógica que gobierna la respuesta de las células madre a diferentes frecuencias de actividad eléctrica de ChAT +?

También está el gran problema de poder introducir de alguna manera nuevos componentes en un circuito neuronal existente, una práctica a la que partes del cerebro normalmente podrían resistir. "Creo que algunos circuitos neuronales dan la bienvenida a nuevos miembros y otros no", dijo Kuo.

Además de Páez-González, Asrican y Kuo, Erica Rodríguez, estudiante de posgrado en el programa de capacitación en neurobiología, también es autora. Esta investigación fue apoyada por los Institutos Nacionales de Salud, la Fundación David & amp Lucile Packard y la Fundación George Brumley Jr.


Ver el vídeo: Sinapsis y funcionamiento de las neuronas (Septiembre 2022).


Comentarios:

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