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¿Cuántas sinapsis hay en las diferentes regiones diana de una célula piramidal cortical típica?

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Encontré las siguientes imágenes de árboles de axones:

fuente

fuente (los axones son rojos)

pero no encontré una respuesta concisa a la siguiente pregunta:

Cuántas ramas (en términos relativos) terminan y cuántas terminales de axón (sinapsis) hay en las diferentes regiones diana de una célula piramidal cortical típica, es decir,

  • misma capa cortical

  • otras capas corticales

  • misma columna cortical

  • otras columnas corticales

  • regiones corticales más distantes (por ejemplo, en el mismo giro)

  • regiones subcorticales


Neuronas piramidales: estructura dendrítica e integración sináptica

Las neuronas piramidales tienen dendritas basales y apicales, incluido un penacho apical. Esta estructura central preservada sugiere que han conservado funciones centrales, mientras que la variación estructural en otras áreas sugiere una especialización funcional adicional.

Se encuentran disponibles varios métodos nuevos para estudiar la activación y los circuitos de las células piramidales. Éstos incluyen en vivo grabación de patch-clamp, activación óptica y métodos transgénicos para activar, inactivar o etiquetar neuronas y sus conexiones.

Las entradas sinápticas de distintas fuentes ocurren en dominios dendríticos separados. Definir el grado en que las sinapsis que transportan diferentes tipos de información se segregan en diferentes dominios dendríticos sigue siendo un desafío importante.

La mayoría de las sinapsis excitadoras en las neuronas piramidales ocurren en las espinas dendríticas, pero la estructura de las sinapsis que reciben difiere entre los dominios dendríticos.

La integración dendrítica de la entrada sináptica depende del dominio dendrítico al que se dirige. Las sinapsis distantes del soma tienden a producir menos despolarización sináptica, pero esto podría contrarrestarse aumentando la conductancia de las sinapsis distales o activando canales activados por voltaje en las dendritas. Las sinapsis en dendritas de diámetro pequeño provocan cambios de voltaje locales más grandes, que reducen la efectividad del escalado sináptico pero aumentan la activación de conductancias dependientes de voltaje.

Las sinapsis inhibidoras se dirigen específicamente al axón, el soma o diferentes dominios dendríticos. La integración de entradas inhibitorias también difiere entre dominios celulares.

Las propiedades de disparo intrínsecas de las neuronas piramidales varían considerablemente. Junto con la variación en la estructura dendrítica y las distribuciones de canales, tal variabilidad sugiere que diferentes neuronas piramidales podrían llevar a cabo funciones especializadas.

Las dendritas de neuronas piramidales contienen canales activados por voltaje que pueden influir en la integración sináptica. Estos canales también pueden soportar potenciales de acción que se propagan hacia atrás y picos iniciados dendríticamente. La excitabilidad dendrítica es una propiedad general de todas las neuronas piramidales estudiadas hasta ahora, pero los detalles difieren entre los diferentes tipos de neuronas piramidales. Aunque existe alguna evidencia de excitabilidad dendrítica en vivo, se necesita mucho más trabajo en esta área.

La activación de una pequeña fracción de las decenas de miles de sinapsis excitadoras en una neurona piramidal probablemente puede evocar picos dendríticos, pero estos eventos no siempre se propagan al soma y al axón. El acoplamiento de picos dendríticos a la activación del potencial de acción axonal probablemente depende del patrón de activación sináptica. Esto da como resultado formas de detección de coincidencia que están determinadas por la estructura dendrítica y la excitabilidad.

Los potenciales de acción de retropropagación y los picos dendríticos son señales importantes para la inducción de plasticidad sináptica. Incluso los picos dendríticos individuales pueden resultar en una potenciación significativa a largo plazo o una depresión a largo plazo.

Los neurotransmisores pueden modular la función de las neuronas piramidales. Al menos algunas formas de modulación afectan a varios dominios dendríticos y sus entradas sinápticas de diferentes maneras.

Las propiedades específicas de dominio en las entradas sinápticas excitatorias e inhibitorias, los canales dependientes de voltaje, la excitabilidad dendrítica y la neuromodulación apuntan a un modelo multicompartimental de la función de la neurona piramidal. La elaboración de modelos simples de la función de la neurona piramidal basados ​​en estas propiedades específicas del dominio dendrítico es un desafío central para el estudio de la función cortical.


Introducción

SIGNIFICADO POTENCIAL DE LAS Sinapsis silenciosas

El sistema nervioso central (SNC) de los mamíferos contiene muchos millones de neuronas, cada una de las cuales recibe de manera característica miles de entradas individuales de otras neuronas y, a su vez, proporciona miles de salidas a otras neuronas. Los sitios de entrada y salida son las sinapsis, que se pueden definir estructuralmente con microscopía electrónica. Las sinapsis individuales varían enormemente en sus propiedades bioquímicas y efectos fisiológicos. Las sustancias transmisoras emitidas por las neuronas en las sinapsis, los receptores activados por los neurotransmisores y las respuestas fisiológicas resultantes (excitadoras, inhibidoras facilitadoras, deprimentes fuertes, ionotrópicas débiles, metabotrópicas) son todas tremendamente variables y susceptibles de modificación por la actividad neuronal o durante el desarrollo. .

Una pregunta importante sobre las sinapsis neuronales es la siguiente: ¿Son todas las sinapsis definidas estructuralmente visibles en las micrografías electrónicas fisiológicamente potentes? Desde principios de la década de 1970, se ha acumulado cada vez más evidencia que sugiere que no es así. En particular, dos observaciones tempranas señalaron la aparición de sinapsis ineficaces o incompletas (y, por lo tanto, potencialmente silenciosas). Primero, los estudios ultraestructurales de las neuronas motoras de los crustáceos mostraron muchas sinapsis que parecían carecer de vesículas sinápticas acopladas (liberables), y había muchas más sinapsis que cuantos liberados durante la actividad neuronal (Jahromi y Atwood 1974). En segundo lugar, y de manera más dramática, en el SNC de los mamíferos, se encontraron circunstancias en las que los campos receptivos podrían expandirse repentinamente, lo que implica la existencia de sinapsis recién despertadas (previamente silenciosas) (Wall 1977). Tales observaciones indicaron una gran posibilidad de que muchas de las sinapsis individuales formadas entre pares de neuronas sean efectivamente silenciosas y no produzcan un efecto fisiológico cuando se activa la neurona presináptica. Incluso podría ser que la mayoría de las sinapsis en muchas vías neuronales sean fisiológicamente silenciosas, pero tales sinapsis podrían reclutarse para lograr efectividad fisiológica con patrones específicos de actividad neuronal o mediante acciones de neuromoduladores y hormonas. Si es así, este tipo de reclutamiento podría ser un mecanismo importante en la consolidación de vías, el aprendizaje y la memoria. Uno puede imaginar que en muchas partes del sistema nervioso hay una gran reserva de sinapsis silenciosas, que pueden ser impulsadas a un estado activo por la combinación correcta de estímulos, y luego pueden mejorar la transmisión de manera transitoria o permanente en los circuitos neuronales para que contribuyen. Según este punto de vista, el sistema nervioso normalmente funciona muy por debajo de su capacidad, pero tiene el potencial de una gran mejora y reconfiguración de los circuitos locales. Las sinapsis silenciosas proporcionan un mecanismo (quizás uno importante) para mejorar el desempeño del sistema nervioso.

La importancia potencial de las sinapsis silenciosas es un estímulo para revisar la evidencia que respalda su existencia y su posible significado funcional. La evidencia de sinapsis silenciosas, particularmente en el SNC de mamíferos, ha sido revisada en varios artículos recientes (Malenka y Nicoll 1997, 1999 Malenka 1998 Malinow 1998). Deseamos ampliar el alcance de la discusión para incluir otros ejemplos bien estudiados que ofrecen evidencia relevante y oportunidades adicionales. Están apareciendo nuevos ejemplos y pruebas a un ritmo cada vez mayor.

Primero, examinamos algunas características básicas de las sinapsis que podrían estar involucradas en la creación de sinapsis silenciosas, luego examinamos una selección de evidencia actualmente disponible y finalmente, revisamos brevemente los posibles mecanismos y la importancia funcional.

SYNAPSE

Las sinapsis tienen atributos estructurales y funcionales que están relacionados entre sí. La microscopía electrónica permite la resolución de la especialización estructural en los puntos de contacto entre las células nerviosas y sus objetivos postsinápticos. Se cree que la especialización estructural refleja características moleculares que imparten la capacidad de liberación rápida de neurotransmisores (exocitosis rápida) de la neurona presináptica durante un potencial de acción. Más comúnmente, la definición estructural de una sinapsis (Korn 1998) se toma como el contacto individual, que comprende membranas presinápticas y postsinápticas densas en electrones alineadas rígidamente con una separación uniforme (20-50 nm) (la hendidura sináptica), e incluyendo variables estructuras especializadas tanto en compartimentos presinápticos como postsinápticos. Como se ilustra en la Figura 1, A y C, las terminales sinápticas o sus varicosidades a menudo proporcionan muchas sinapsis individuales a una célula diana postsináptica, pero en muchos casos, solo está presente una única sinapsis. En la literatura aparecen otros usos del término sinapsis que han sido revisados ​​recientemente por Korn (1998). La totalidad de las sinapsis (que pueden ser muchas) entre una neurona y otra, o entre una neurona y un objetivo no neuronal, se denomina comúnmente conexión sináptica (para una revisión, véase Faber et al. 1991).

Características estructurales de las sinapsis relacionadas con la función. (A) Sinapsis de Drosophila unión neuromuscular, que muestra varias sinapsis (S) en una terminal. Los rasgos estructurales característicos incluyen las membranas sinápticas especializadas densas en electrones, cuerpos densos presinápticos (en forma de T en Drosophila) ubicado en zonas activas en las sinapsis (flechas), y retículo subsináptico especializado (lado postsináptico de las sinapsis). Las vesículas sinápticas están más densamente agrupadas en los cuerpos densos que en otros lugares, y no todas las sinapsis poseen cuerpos densos, tenga en cuenta que en esta sección, solo tres de las seis sinapsis muestran esta estructura. Barra de escala, 1 μm. (B) Diagrama de algunos de los componentes moleculares esenciales del aparato de acoplamiento vesicular presináptico y promotor de la fusión. Se cree que el complejo central (VAMP vesicular / sinaptobrevina y presináptica SNAP-25 y sintaxina) es esencial para la fusión de las membranas vesicular y presináptica. Las proteínas reguladoras, incluida la sinaptotagmina (un receptor putativo de Ca 2+) y las proteínas de cadena de cisteína que parecen afectar la sensibilidad al Ca 2+ de los procesos de liberación, modifican la velocidad y la sensibilidad del calcio de liberación. (Otras proteínas reguladoras conocidas no se muestran en este diagrama). Se cree que la interacción de la sintaxina con parte del canal de calcio presináptico (sitio synprint) mejora la coordinación entre la entrada de calcio y la fusión vesicular durante la exocitosis rápida. (C) Diagrama de dos tipos de sinapsis de mamíferos: (1) pequeña sinapsis en una columna dendrítica, con una zona activa (2) gran conexión sináptica somática caliciforme (cáliz de Held), con muchas sinapsis individuales y zonas activas. Esta estructura tiene características en común con la unión neuromuscular de los artrópodos (A). La conexión sináptica de la columna vertebral individual que con frecuencia comprende una sola sinapsis es típica de la mayoría de las sinapsis en el SNC de los mamíferos. (DF) Detalles de la zona activa sináptica en réplicas de congelación-fractura (unión neuromuscular del cangrejo de río, terminal del nervio inhibitorio según Govind et al. 1995). En D ymi, las zonas activas pequeñas y grandes, respectivamente, exhiben colecciones de partículas intramembranosas prominentes (canales de K activados por calcio y calcio putativos) en pag-Vistas de la cara. Las imágenes de liberación vesicular (flechas), capturadas durante la fijación química, aparecen alrededor de la periferia de una zona activa en un mi-vista de cara (F). Barras de escala, 0,2 μm.

Asociadas con la membrana presináptica de la sinapsis individual, a menudo se producen proyecciones densas. Aunque su composición no se conoce completamente, parecen ser puntos focales para acumulaciones de vesículas sinápticas y, por lo tanto, es probable que estén involucradas en el acoplamiento y anclaje dirigidos de estas vesículas, que se liberan preferentemente en los márgenes de las especializaciones presinápticas en las uniones neuromusculares de artrópodos (Fig. .1F). La subregión presináptica involucrada en la liberación preferencial de neurotransmisores de las vesículas sinápticas se denomina generalmente zona activa, a partir de estudios sobre la unión neuromuscular (del Castillo y Katz 1956 Couteaux 1970).

En muchas sinapsis del SNC, particularmente aquellas en las espinas dendríticas, la cara presináptica completa de la sinapsis puede constituir una zona activa, mientras que en otros casos, varias zonas activas ocurren en una sinapsis (Jahromi y Atwood 1974 Cooper et al. 1995). Las vesículas sinápticas se liberan preferentemente en los márgenes de una zona activa, como se muestra en la Figura 1F, o dentro de ella, en el caso de muchas sinapsis centrales. Los canales de calcio están muy concentrados en la zona activa (Fig. 1, D y E). Estrechamente asociadas con los canales de calcio en esta región se encuentran moléculas especializadas en las vesículas y en la membrana presináptica, que forman un complejo multimolecular (complejo central Fig. 1B). Se cree que el complejo central, las proteínas reguladoras y el canal de calcio están mutuamente vinculados, y el conjunto completo a veces se denomina secretosoma (Bennett 1996). También están presentes moléculas reguladoras y receptores de calcio, que generan interacciones moleculares complejas (Wu et al. 1999). Solo algunas de las moléculas relevantes se ilustran en la Figura 1B. Cuando este complejo es activado por Ca 2+, se produce una rápida exocitosis. Los sistemas reguladores (amortiguadores de calcio, secuestro de calcio y mecanismos de extrusión) afectan profundamente la fuerza sináptica. Postsinápticamente, la membrana está especializada para la localización de receptores de unión a ligandos, probablemente anclados a componentes citoesqueléticos (Van Rossum y Hanisch 1999). Las matrices de receptores se ven a menudo en alineaciones regulares en réplicas de congelación-fractura (Franzini-Armstrong 1976).

Los componentes estructurales están vinculados a aspectos funcionales de la transmisión sináptica. Las vesículas sinápticas contienen y liberan sustancias transmisoras en eventos cuánticos. Los canales de calcio activados por voltaje de la zona activa presináptica desencadenan la liberación evocada por impulsos cuando se abren mediante impulsos nerviosos. célula a través de un canal iónico (respuesta ionotrópica), o alteración de una vía de segundo mensajero (respuesta metabotrópica). La modificación de cualquiera de los componentes sinápticos altera el funcionamiento fisiológico de la sinapsis, haciéndola más o menos eficaz. Las deficiencias o el ensamblaje incompleto de los componentes sinápticos pueden hacer que la sinapsis sea silenciosa (incapaz de producir una respuesta funcional). Debido a que las deficiencias o la falta de ajuste fino a menudo pueden ocurrir a nivel molecular, las entidades estructurales observadas como sinapsis en micrografías electrónicas pueden de hecho ser funcionalmente silenciosas, aunque pueden existir pistas ultraestructurales para esta situación, como se analiza a continuación. Sin evidencia crítica adicional, no se puede aceptar el recuento de sinapsis en micrografías electrónicas como equivalentes a las capacidades funcionales de la red muestreada.

Sinapsis silenciosa

Visualizamos varios escenarios que podrían dar lugar a sinapsis silenciosas (Fig. 2). Una sinapsis funcional tendría todos sus componentes estructurales normales y también poseería un complemento apropiado de las moléculas presinápticas esenciales y los receptores postsinápticos. Las deficiencias en cualquiera de estos componentes pueden afectar el funcionamiento final de la sinapsis, volviéndola fisiológicamente silenciosa. Por lo tanto, la ausencia o interferencia con cualquiera de varias moléculas de los mecanismos de fusión y acoplamiento presinápticos (Figura 2B) bloquea la transmisión sináptica, como se ilustra experimentalmente mediante estudios deDrosophila mutantes (Littleton et al. 1993 Umbach et al. 1994) e inyección de péptidos interferentes en terminales nerviosas (Bommert et al. 1993). La falta de receptores funcionales también podría anular la neurotransmisión exitosa (Fig. 2D). Si la sinapsis está ensamblada de manera incompleta, como podría ocurrir durante el desarrollo o la senescencia, no podría funcionar fisiológicamente (Fig. 2E), pero podría emerger a la funcionalidad ya sea espontáneamente o con un estímulo punzante.

Posibles tipos de sinapsis silenciosa. (A) Sinapsis completa, que posee todos los componentes presinápticos y postsinápticos necesarios. (B) Sinapsis silenciosa por deficiencia molecular presináptica. (C) Sinapsis de mamíferos condicionalmente silenciosa (solo receptores NMDA). (D) Sinapsis silenciosa por deficiencia postsináptica (receptores no funcionales). (mi) Sinapsis en transición (componentes postsinápticos ensamblados).

Un caso especial que ocurre a menudo en el SNC de mamíferos es el de las sinapsis que carecen de receptores de glutamato de tipo AMPA funcionales, pero que poseen receptores de glutamato de tipo NMDA (Fig. 2C). Dichas sinapsis pueden ser muy frecuentes en las primeras etapas del desarrollo y disminuir a partir de entonces, como se analiza a continuación. Aunque estas sinapsis a menudo se denominan sinapsis silenciosas, creemos que deberían denominarse sinapsis condicionalmente silenciosas, porque pueden expresar una respuesta fisiológica cuando la membrana está despolarizada, pero no cuando está hiperpolarizada cerca del potencial de reposo (Figura 3). .

Sinapsis condicionalmente silenciosas. Dos experimentos de preparaciones del SNC de mamíferos para ilustrar la participación fisiológica de sinapsis de solo NMDA a medida que el potencial de membrana se despolariza. (A) Las EPSC de las sinapsis entre las neuronas de CA3 y CA1 (hipocampo de rata) aparecen a +55 mV, pero no al potencial de membrana en reposo, y están bloqueadas por APV (de Malinow 1998). (B) Se observaron EPSC cuando el potencial de membrana se cambió de -70 a +50 mV (sinapsis entre aferentes talámicos y neuronas de capa IV en la corteza de campo de barril de rata). Las EPSC fueron bloqueadas por APV, lo que indica que las causaron los receptores NMDA (de Isaac et al. 1997).

Concluimos que se deben satisfacer dos criterios principales antes de que se pueda afirmar la ocurrencia de sinapsis silenciosas en una vía neuronal determinada. En primer lugar, las sinapsis deben estar presentes estructuralmente, en segundo lugar, se debe demostrar que no producen una respuesta fisiológica en las condiciones en las que normalmente opera el sistema. Debido a que las observaciones fisiológicas y estructurales conjuntas a nivel de sinapsis individuales son difíciles de obtener experimentalmente, no es sorprendente que muchas afirmaciones de sinapsis silenciosas sean inferenciales más que rigurosamente probadas. A menudo, las afirmaciones se basan en análisis estadísticos de datos fisiológicos que dejan abierta más de una interpretación. Sin embargo, la evidencia acumulada, por incompleta o circunstancial que sea, es convincente.

DESARROLLO Y MADUREZ

De los estudios sobre neuronas de mamíferos en los que se ha planteado la posibilidad de sinapsis silenciosas, la mayoría ha examinado los procesos de desarrollo, o las neuronas cultivadas en tejidos que pueden desarrollarse de manera diferente a las neuronas en el SNC intacto son menos los estudios de sinapsis silenciosas en el sistema nervioso maduro. en número.La cuestión general surge con respecto a la medida en que las manifestaciones de sinapsis silenciosas son atribuibles a una secuencia de desarrollo. Las propiedades de la plasticidad a corto y largo plazo difieren en las sinapsis maduras e inmaduras, por lo que la edad y el estado de desarrollo de las sinapsis observadas es una variable significativa.

Las sinapsis silenciosas se han implicado en la plasticidad cerebral de animales tanto jóvenes como maduros. Por tanto, cabría preguntarse si las sinapsis silenciosas son más numerosas en las neuronas jóvenes en desarrollo o en las maduras. El concepto dominante de la sinapsis silenciosa en neuronas inmaduras de mamíferos (respaldado por muchos estudios publicados) ha sido la sinapsis con receptores de glutamato de tipo NMDA solamente y que carecen de receptores de glutamato de tipo AMPA (Fig. 2C). Estos receptores, debido a su voltaje característico y dependencia del magnesio, no producen corriente postsináptica en el potencial de membrana en reposo aunque la liberación del neurotransmisor (glutamato) ocurre normalmente (Malenka y Nicoll 1997). Existe evidencia convincente de la ocurrencia de tales sinapsis silenciosas en el sistema nervioso en desarrollo (Durand et al. 1996 Wu et al. 1996 Isaac et al. 1997 Rumpel et al. 1998 y muchos otros estudios recientes). A medida que avanza la maduración, estas sinapsis silenciosas se vuelven raras y presumiblemente son reemplazadas progresivamente por otras activas (que poseen receptores AMPA). Se cree que la transformación implica el reclutamiento de receptores de glutamato de tipo AMPA en la membrana postsináptica (Shi et al. 1999). Se cree que la activación de los receptores NMDA por el glutamato con la consiguiente entrada de Ca 2+ es el principal estímulo para el reclutamiento de receptores de tipo AMPA.

Solo hay evidencia limitada de la presencia de sinapsis silenciosas en el cerebro de los mamíferos maduros. Los experimentos de marcaje con inmunogold sugieren que aproximadamente el 17% de las sinapsis en el área CA1 del hipocampo de ratas maduras y el 28% en las inmaduras carecen de un número significativo de receptores AMPA (Nusser et al. 1998). No se sabe si las mismas sinapsis que carecen de receptores AMPA poseen receptores NMDA, pero si los tienen, podrían ser silenciosas, bajo ciertas condiciones. Se han informado algunas sinapsis con sólo subunidades del receptor de NMDA (He et al. 1998). Sin embargo, las sinapsis silenciosas de NMDA solo pueden considerarse condicionalmente silenciosas, porque al despolarizarse del potencial de membrana en reposo, las sinapsis probablemente se activen instantáneamente (Fig. 3). En el sistema nervioso intacto, tal despolarización podría ocurrir mediante la activación de sinapsis excitadoras adyacentes de AMPA y, particularmente en neuronas muy jóvenes, mediante sinapsis despolarizantes dependientes de GABA (Ben Ari et al. 1997). Las neuronas en el cerebro intacto normalmente tienen potenciales de membrana que fluctúan continuamente y, por lo tanto, las sinapsis solo de NMDA serían capaces de producir una respuesta la mayor parte del tiempo. Además, incluso en reposo, se cree que las neuronas muy jóvenes poseen potenciales de membrana relativamente despolarizados de alrededor de -60 mV, lo que podría desenmascarar la despolarización dependiente de NMDA incluso en ausencia de entrada sináptica adicional (Verheugen et al. 1999).

En resumen, es poco probable que las sinapsis silenciosas que poseen NMDA y no receptores AMPA, que parecen ser mucho más frecuentes en el sistema nervioso en desarrollo, sean realmente silenciosas. Más exactamente, guardan silencio condicional. El uso del término sinapsis silenciosa para sinapsis condicionalmente silenciosas puede conducir inadvertidamente a una descripción bastante confusa en la que, por ejemplo, la actividad de explosión observada en un circuito cortical en desarrollo se ha atribuido a la actividad de las sinapsis silenciosas (Golshani y Jones 1999). Un concepto más útil de la sinapsis verdaderamente silenciosa es uno más restringido. Por ejemplo, la sinapsis clásica de Hebb, que es ineficaz hasta que un período de actividad combinada pre y postsináptica la activa (Hebb 1949), encajaría en la definición más estricta. Según este concepto, el receptor NMDA puede ser un desencadenante adecuado para el fortalecimiento asociativo de tales sinapsis mediante la combinación correcta de mecanismos presinápticos y postsinápticos.

VIDA ÚTIL DE UNA SINPSIS

En relación con la cuestión del desarrollo sináptico, la duración de la vida de las sinapsis individuales es relevante. Las observaciones en varios sistemas neuronales sugieren que las sinapsis pueden formarse y cambiar rápidamente en algunos casos. cambios muy rápidos (a veces diurnos) en tamaño y número (Meinertzhagen 1993). Por el contrario, las uniones neuromusculares de los mamíferos, una vez establecidas, permanecen en su lugar con alteraciones morfológicas menores durante una parte importante de la vida del animal (Balice-Gordon y Lichtman 1990). Las condiciones en la cultura difieren de las del cerebro intacto, y el curso temporal de la formación o disolución de las sinapsis individuales no se comprende bien en este último caso. Los relatos publicados indican que la edad sináptica es variable y específica del sistema o contexto.

En el SNC de los mamíferos, la duración de una sinapsis no está bien establecida. Si existen sinapsis silenciosas y si son activadas por la actividad para formar un rastro de memoria en el cerebro, uno puede preguntarse cuánto tiempo puede durar ese rastro (si depende de las sinapsis individuales). Mientras que las conexiones sinápticas en el SNC maduro son generalmente estables y se mantienen mediante mecanismos dependientes de la actividad homeostática (Turrigiano 1999), pueden potenciarse durante varias semanas en el cerebro intacto (Bliss y Lomo 1973). Sin embargo, no está claro si las sinapsis individuales que componen la conexión sináptica total pueden durar tanto tiempo, por lo que surge la cuestión de la renovación sináptica.

En algunos sistemas conocidos, las sinapsis se pueden formar continuamente durante la vida del animal. Un ejemplo del SNC de los mamíferos se refiere a la generación de nuevas neuronas en la circunvolución dentada del hipocampo (figura 4). Se cree que las neuronas que dan lugar a la vía perforante que entra en la formación del hipocampo forman continuamente nuevas uniones sinápticas, incluso en el cerebro adulto (. Esto es el resultado de la producción de nuevas neuronas (neurogénesis adulta) dentro de la circunvolución dentada, un objetivo de la vía perforante. Por lo tanto, las terminales existentes de la vía perforante probablemente broten y formen nuevas uniones sinápticas en las neuronas recién nacidas. Las propiedades fisiológicas de estas nuevas sinapsis son diferentes de las de las neuronas maduras (Wang et al. Wojtowicz 1998). las sinapsis duran, pero es probable que se produzca cierto recambio a medida que las células granulares envejecen y pierden ramas dendríticas, las sinapsis también deben atrofiarse (Fig. 4). En la rata, se pueden observar neuronas granulares maduras con escasa arborización dendrítica en animales de 1 a 2 meses de edad. antiguas (JM Wojtowicz, no publicado). Estas podrían ser células cuyas dendritas se están eliminando gradualmente. Estas células pueden eventualmente ser reemplazadas por otras recién producidas.

Recambio sináptico en la circunvolución dentada de los mamíferos. Nuevas neuronas (1) se generan en la capa de células granulares (GCL) durante toda la vida (A, B). Las nuevas neuronas desarrollan dendritas que se agrandan a medida que el cuerpo celular neuronal migra lejos del hilio (2,3). Las sinapsis (○) formadas por las aferentes de la vía perforante medial (MPP) en nuevas neuronas (*) son más jóvenes que las ya establecidas en neuronas que maduraron antes. A medida que las neuronas maduran, algunas dendritas se retraen, degeneran o se remodelan (4), y las sinapsis se pierden de tales dendritas (●). (MOL) Zona subgranular de la capa molecular (SGZ), ubicada entre GCL y el hilio. (C) Las sinapsis existentes en neuronas jóvenes y maduras poseen alta o baja capacidad de plasticidad, respectivamente.

Otro caso bien estudiado en el que se produce una renovación sináptica a lo largo de la vida es la neurona motora excitadora (glutamatérgica) de los crustáceos, que tiene muchas características morfológicas en común con las neuronas centrales (Atwood y Wojtowicz 1986). En la langosta, se han documentado las primeras etapas de inervación y la misma neurona identificada se puede muestrear en animales de diferentes edades. La neurona continúa creciendo a lo largo de la vida del animal (50 años o más), creando nuevas ramas para mantenerse al día con el crecimiento muscular (Atwood y Govind 1990). Las sinapsis se reemplazan continuamente y se forman nuevas a medida que ocurre el crecimiento (Fig. 5). Por tanto, la misma neurona posee sinapsis de diferente edad. Las varicosidades más distales de una rama nerviosa tienen un contenido cuántico más bajo, pero tantas sinapsis definidas ultraestructuralmente como las varicosidades más proximales, lo que sugiere una mayor proporción de sinapsis silenciosas en las varices más jóvenes (Cooper et al. 1995).

Formación y desaparición de sinapsis en una neurona de crustáceos. Las neuronas motoras identificadas de las langostas y otros crustáceos están presentes durante toda la vida, pero cambian progresivamente a medida que el individuo envejece y se hace más grande. Las sinapsis se forman en el desarrollo temprano de un músculo de la pierna (a) se pierden y son reemplazados por la vaina neural a medida que el axón crece y desarrolla nuevas ramas. A su vez, se forman nuevas sinapsis en las ramas más jóvenes (antes de Cristo). Por lo tanto, en todo momento, las sinapsis de varias edades están presentes en la neurona, con las sinapsis más jóvenes en los extremos en crecimiento de las ramas axonales (según Attwood y Govind 1990).

Es probable que la aparición de sinapsis de diferentes edades en una sola neurona, o dentro de una población de neuronas, afecte la prevalencia de sinapsis silenciosas. Las neuronas en desarrollo o las ramas neuronales probablemente tengan una mayor incidencia de sinapsis silenciosas. La generación sináptica o senescencia crea sinapsis en las que se expresan una o más de las causas subyacentes del silencio sináptico (Fig. 2). Exploraremos este tema más a fondo en ejemplos seleccionados.


Sensaciones propioceptivas

La propiocepción se refiere a la sensación de saber cómo se posiciona el cuerpo de uno en el espacio tridimensional.

Objetivos de aprendizaje

Describir cómo la propiocepción es el sentido de la posición de partes de nuestro cuerpo en un espacio tridimensional.

Conclusiones clave

Puntos clave

  • La propiocepción es el sentido de la posición de partes de nuestro cuerpo y la fuerza que se genera durante el movimiento.
  • La propiocepción se basa en dos receptores de estiramiento primarios: los órganos del tendón de Golgi y los husos musculares.
  • Los husos musculares son receptores sensoriales dentro del vientre de un músculo que detectan principalmente cambios en la longitud de este músculo. Transmiten información de longitud al sistema nervioso central a través de neuronas sensoriales. El cerebro puede procesar esta información para determinar la posición de las partes del cuerpo.
  • El órgano de Golgi (también llamado órgano tendinoso de Golgi, órgano tendinoso, órgano neurotendinoso o huso neurotendinoso) es un órgano receptor sensorial propioceptivo que se encuentra en la inserción de las fibras del músculo esquelético en los tendones del músculo esquelético.

Términos clave

  • neurona motora alfa: Neuronas motoras inferiores multipolares grandes del tronco encefálico y la médula espinal que son directamente responsables de iniciar la contracción muscular.
  • propioreceptor: Receptor sensorial que responde a la posición y al movimiento y que recibe estímulos corporales internos.
  • Vía columna posterior (dorsal) del lemnisco medial: Vía sensorial del sistema nervioso central que transmite sensaciones localizadas de tacto fino, vibración, discriminación de dos puntos y propiocepción de la piel y las articulaciones.
  • Ley de Enderezar: Un reflejo más que una ley, se refiere al movimiento brusco de la cabeza para nivelar los ojos con el horizonte en caso de una inclinación o desequilibrio accidental del cuerpo.
  • Órgano del tendón de Golgi: Órgano receptor sensorial propioceptivo que se encuentra en la inserción de las fibras del músculo esquelético en los tendones del músculo esquelético.
  • huso muscular: Receptores sensoriales dentro del vientre de un músculo que detectan principalmente cambios en la longitud de este músculo.
  • propiocepción: Sentido de la posición de partes del cuerpo, en relación con otras partes vecinas del cuerpo.

La propiocepción es el sentido de la posición relativa de las partes vecinas del cuerpo y la fuerza del esfuerzo que se emplea en el movimiento. Se distingue de la exterocepción, la percepción del mundo exterior y la interocepción, la percepción del dolor, el hambre y el movimiento de los órganos internos, etc.

El inicio de la propiocepción es la activación de un propio receptor en la periferia. Se cree que el sentido propioceptivo está compuesto por información de las neuronas sensoriales ubicadas en el oído interno (movimiento y orientación) y en los receptores de estiramiento ubicados en los músculos y los ligamentos que sostienen las articulaciones (postura).

La propiocepción consciente se comunica por la vía de la columna posterior (dorsal)-lemnisco medial al cerebro. La propiocepción inconsciente se comunica principalmente a través de los haces espinocerebeloso dorsal y ventral al cerebelo.

Una reacción inconsciente se ve en el reflejo propioceptivo humano, o Ley de Enderezar. En el caso de que el cuerpo se incline en cualquier dirección, la persona inclinará la cabeza hacia atrás para nivelar los ojos contra el horizonte. Esto se ve incluso en bebés tan pronto como obtienen el control de los músculos del cuello. Este control proviene del cerebelo, la parte del cerebro que afecta el equilibrio.

Los husos musculares son receptores sensoriales dentro del vientre de un músculo que detectan principalmente cambios en la longitud de un músculo. Transmiten información de longitud al sistema nervioso central a través de neuronas sensoriales. El cerebro puede procesar esta información para determinar la posición de las partes del cuerpo. Las respuestas de los husos musculares a los cambios de longitud también juegan un papel importante en la regulación de la contracción de los músculos.

Huso muscular: Huso de músculo de mamífero que muestra la posición típica en un músculo (izquierda), conexiones neuronales en la médula espinal (centro) y esquema expandido (derecha). El huso es un receptor de estiramiento con su propio suministro motor que consta de varias fibras musculares intrafusales. Terminaciones sensoriales de una espiral aferente primaria (grupo Ia) y una aferente secundaria (grupo II) alrededor de las porciones centrales no contráctiles de las fibras intrafusales.

El órgano de Golgi (también llamado órgano tendinoso de Golgi, órgano tendinoso, órgano neurotendinoso o huso neurotendinoso) es un órgano receptor sensorial propioceptivo que se encuentra en la inserción de las fibras del músculo esquelético en los tendones del músculo esquelético. Proporciona el componente sensorial del reflejo del tendón de Golgi.

El órgano de Golgi no debe confundirse con el aparato de Golgi (un orgánulo en la célula eucariota) o la tinción de Golgi, que es una tinción histológica para los cuerpos de las células neuronales.

Órgano del tendón de Golgi: El órgano del tendón de Golgi contribuye al reflejo del tendón de Golgi y proporciona información propioceptiva sobre la posición de la articulación.

El reflejo del tendón de Golgi es un componente normal del arco reflejo del sistema nervioso periférico. En un reflejo del tendón de Golgi, la contracción del músculo esquelético hace que el músculo agonista se alargue y relaje simultáneamente. Este reflejo también se denomina reflejo miotático inverso, porque es el inverso del reflejo de estiramiento.

Aunque la tensión muscular aumenta durante la contracción, se inhiben las motoneuronas alfa de la médula espinal que irrigan el músculo. Sin embargo, se activan los músculos antagonistas.


Resultados

La nectina-3 y la nectina-1 se expresan en las capas superiores de la corteza visual.

Estudios anteriores han demostrado un papel de la nectina-3 y su pareja de unión nectina-1 en la formación y mantenimiento de las sinapsis del hipocampo [11, 26, 27]. Mizoguchi y col. (2002) demostraron usando microscopía inmunoelectrónica que la nectina-1 y la nectina-3 se distribuyen asimétricamente en las sinapsis del hipocampo, con la nectina-1 ubicada en el lado presináptico de las terminales de las fibras musgosas y la nectina-3 ubicada postsinápticamente a lo largo de las dendritas de las células piramidales (Fig. 1a) [11]. La hibridación in situ (ISH) reveló que la nectina-3 y la nectina-1 tenían patrones de expresión específicos no solo en el hipocampo, donde la nectina-3 está enriquecida en CA3 y la nectina-1 está enriquecida en la circunvolución dentada, sino también en la corteza, donde la nectina -3 y nectina-1 están ambos enriquecidos en neuronas corticales de la capa superior (P16 Fig. 1b). En la corteza, las neuronas de L4 envían axones a L2 / 3, y las neuronas de L2 / 3 están muy recíprocamente conectadas dentro de esta capa [53, 54]. Nuestros datos de ISH confirman los datos encontrados en Allen Brain Atlas, que muestran la expresión específica de la capa superior de nectina-3 comenzando en E18.5 y continuando hasta la edad adulta (Fig. 1c, d, archivo adicional 1: Figura S1) [39]. La nectina-1 primero muestra una fuerte expresión de L2 / 3 en P4 y la capa superior está enriquecida en P14 y P28 (archivo adicional 1: Figura S1). Estos patrones de expresión sugieren que, al igual que en el hipocampo, la nectina-1 y la nectina-3 también pueden interactuar durante el desarrollo de circuitos corticales.

La caída de nectina-3 en E15.5 aumenta la densidad de la espina dendrítica en P21

Para derribar la nectina-3 en el desarrollo de neuronas in vivo, primero diseñamos nuevos vectores plásmidos que permiten la expresión dependiente de Cre de ARN de horquilla corta de nectina-3 (shRNA) o shRNA de control codificado (Fig. 2a). Utilizamos secuencias de ARNip de 19 pb publicadas anteriormente [41] para diseñar nuestros oligos de ARNhc de nectina-3 y clonamos estas horquillas en el vector pSico dependiente de Cre (plásmido Addgene nº 11578) [47]. Las construcciones de ARNhc dependientes de pSico Cre para nectina-3 (o ARNhc aleatorizado) contenían secuencias de parada de GFP flanqueadas por loxP para evitar la expresión de ARNhc en ausencia de Cre (Fig. 2a). Las construcciones de ARNhc se co-electroporaron con un plásmido de expresión de Cre y una construcción de tdTomato FLEX dependiente de Cre (Fig. 2a). Para probar la eliminación de nectina-3, cotransfectamos un plásmido de expresión de nectina-3 con nuestras nuevas construcciones de ARNhc de nectina-3 (con la secuencia de parada de GFP floxed eliminada, ver Métodos) en células HEK-293. El análisis de transferencia Western indicó que nuestras construcciones de ARNhc de nectina-3 de nuevo diseño redujeron eficazmente la expresión de la proteína nectina-3 cuando se normalizaron a a-tubulina y se compararon con células cotransfectadas con una construcción de ARNhc revuelto (réplicas técnicas, norte = 2, figura 2b). La construcción de expresión de nectina-3 utilizada en este experimento condujo a una expresión de nectina-3 muy alta en células HEK-293, lo que dificulta la observación visual a simple vista (Fig. 2b, arriba). Sin embargo, el análisis cuantitativo utilizando el software Image Studio indicó una expresión de nectina-3 consistentemente más baja en las células donde se había expresado ARNhc específico de nectina-3 (Fig. 2b, parte inferior). Esto es coherente con los datos publicados anteriormente que muestran que la nectina-3 fue anulada en neuronas corticales cultivadas utilizando las mismas secuencias de ARNip [41].

La caída de Nectin-3 en E15.5 aumenta la densidad de la espina dendrítica en P21. a Construcciones de expresión co-electroporadas. B Arriba: Transferencia de Western que muestra la expresión de nectina-3 después de la cotransfección de células HEK-293 con un plásmido de expresión de nectina-3 y construcciones de ARNhc de nectina-3 o scramble. Abajo: La expresión / intensidad de nectina-3 se cuantificó y normalizó a α-tubulina. La expresión se muestra en relación con la expresión media de nectina-3 a partir de la condición de shRNA shRNA. C La expresión de electroporación / ARNhc se produjo en E15.5. Se analizaron las densidades de las espinas dendríticas en P14, P21 y P35. D Neuronas electroporadas en P21 en la corteza visual (imagen de 10x, barra de escala = 500 μm). Recuadro superior: las células que expresan tdTomato dependiente de Cre no expresaron la parada de GFP floja de pSico (imagen de 40x, barra de escala = 50 μm).Recuadro inferior: neurona V1 representativa (imagen de 40x, barra de escala = 50 μm) y seleccione dendritas apicales y basales. mi Diferencias en las densidades de las espinas dendríticas entre las neuronas de control y Nec3-shRNA. Las barras de error denotan errores estándar de la media. De izquierda a derecha, los asteriscos denotan diferencias significativas para las dendritas apicales y basales agrupadas (línea continua) entre puntos de tiempo o entre condiciones en P21 (archivo adicional 5). F Dendritas apicales representativas de P21 Nec3-shRNA y neuronas de control (imagen 63x, barra de escala = 10 μm). gramo Nec3-shRNA y controlar las densidades de las espinas dendríticas en P14. Se representan las densidades de las espinas dendríticas apicales y basales. Las barras de error indican el error estándar de la media. Cada punto representa una sola dendrita. Se contaron una dendrita apical y una basal por célula (Control: norte = 15 células, 30 dendritas, 5 animales Nec3-shRNA: norte = 16 células, 32 dendritas, 6 animales). h Nec3-shRNA y controlar las densidades de las espinas dendríticas en P21. La importancia se indica con "*" (Control: norte = 17 células, 34 dendritas, 5 animales Nec3-shRNA: norte = 14 células, 28 dendritas, 5 animales). I Nec3-shRNA y controlar las densidades de las espinas dendríticas en P35 (Control: norte = 11 células, 22 dendritas, 3 animales Nec3-shRNA: norte = 10 células, 20 dendritas, 5 animales)

Para determinar los efectos de la caída de nectina-3 in vivo, utilizamos en el útero electroporación para introducir una o ambas nectina-3 shRNA1 y shRNA2 o shRNA codificado (Fig. 2a, b) para desarrollar neuronas corticales L2 / 3 en E15.5 (Fig. 2b, c). Las construcciones de ARNhc pSico se electroporaron conjuntamente con una construcción tdTomato dependiente de Cre (en una proporción de 4: 3) y una concentración baja de un plásmido pCag-Cre (Fig. 2a, véanse los métodos para las concentraciones). Varios estudios previos han co-electroporado múltiples construcciones de plásmidos en el desarrollo de neuronas de ratón con un alto grado de eficiencia [55, 56, 57, 58]. Un estudio encontró que cuando una proporción de 3: 1 de GFP a plásmidos que expresan RFP se co-electropora, & gt 85% de las células que expresan GFP también expresan RFP [55]. Como estábamos más preocupados por la presencia de nuestras construcciones de ARNhc, usamos una concentración más alta de estos plásmidos que cualquier otra construcción (ver métodos). Usando este paradigma, estamos seguros de que la gran mayoría de las células que expresan tanto la construcción tdTomato dependiente de Cre como la construcción Cre (necesaria para observar tdTomato) también expresaron el plásmido de expresión pSico shRNA más altamente concentrado. Además, confirmamos que las células que expresan tdTomato dependiente de Cre no expresan también GFP, lo que indica la escisión exitosa de Cre de la secuencia de parada de GFP de la construcción pSico (Fig. 2d, recuadro superior). Dado que demostramos la eliminación del ARNhc de la nectina-3 cuando la parada de GFP se escinde de nuestras construcciones (lo que permite la expresión del ARNhc) en células HEK, tenemos un alto grado de confianza en que la eliminación de la nectina-3 fue exitosa en las células tdTomato-positivas (Fig. 2b). ).

Después de la electroporación, los animales se sacrificaron en puntos de tiempo de desarrollo específicos, y se identificaron neuronas que expresaban tdTomato en L2 / 3 de la corteza visual primaria (V1) para el análisis de densidad de la columna dendrítica. La caída de Nectin-3 (o sobreexpresión, Figs. 4 y 5) no interrumpió la migración de neuronas a las capas corticales superiores (Fig. 2d, análisis de migración detallado en el archivo adicional 2: Figura S2). Seleccionamos dos tipos de dendritas diferentes para el análisis de densidad de la columna dendrítica: 1) dendritas apicales proximales secundarias que se extienden lateralmente desde el tallo apical, y 2) dendritas basales secundarias al menos una rama alejada del soma (Figura 2d, recuadro inferior). Ensayamos las densidades de las espinas dendríticas en tres momentos de desarrollo: apertura del ojo (P14), una semana después de la apertura del ojo (P21) y al final del período crítico para la plasticidad de dominancia ocular (P35 Fig. 2c). Esto nos permitió evaluar la función de la nectina-3 durante los períodos críticos en el desarrollo de la corteza visual para la formación de sinapsis (P14 - P21) [18], así como el refinamiento sináptico (P21 - P35) [1, 22, 59].

La eliminación de la nectina-3 en E15.5 afectó significativamente las densidades de las espinas dendríticas durante el desarrollo posnatal. Cuando las dendritas apicales y basales se consideraron juntas, las neuronas electroporadas con shRNA codificado (control) o construcciones de shRNA de nectina-3 mostraron un aumento en las densidades de la columna entre P14 y P21, en consonancia con informes anteriores de sinaptogénesis después de la apertura del ojo en la corteza visual (Control P14 - P21: pag = 2,465e-05, Nec3-shRNA P14 - P21: pag = 1,271e-10, figura 2e) [18]. La caída de Nectin-3 amplificó este cambio, produciendo densidades de columna significativamente más altas que el control en P21 (Control - Nec3-shRNA: pag = 0,00016, figura 2e, f, h). Cuando se analizaron por separado, las dendritas apicales, pero no basales, de las neuronas Nec3-shRNA mostraron un aumento significativo en las densidades de la columna en relación con las neuronas de control en P21 (Apical Control - Nec3-shRNA: pag = 9.633e-05, Control basal - Nec3-shRNA: pag = 0,07893). De manera similar, encontramos que derribar tanto la nectina-3 como la nectina-1 aumentaron las densidades de la columna dendrítica en relación con las neuronas de control en P21, y que, nuevamente, las dendritas apicales se vieron afectadas de manera más significativa (Control - Nec3 + Nec1-shRNA: pag = 0,0014, Control apical - Nec3 + Nec1-shRNA: pag = 0,0014, Control basal - Nec3 + Nec1-shRNA: pag = 0.07063, archivo adicional 3: Figura S3). Estos resultados indican que las dendritas apicales en desarrollo pueden ser más sensibles a la expresión reducida de nectina-3 que las dendritas basales. Las diferencias en las densidades de la columna dendrítica entre las neuronas de control y doble caída en P21 estaban presentes a pesar de no ver ninguna diferencia en la complejidad de las dendríticas, según lo analizado por el análisis de Sholl (archivo adicional 3: Figura S3f, g). Para P35, las densidades de la columna dendrítica de las neuronas Nec3-shRNA ya no eran significativamente diferentes de las neuronas de control (Fig. 2i). En conjunto, estos resultados son consistentes con un modelo en el que la caída prolongada de nectina-3 conduce a una sobreproducción transitoria de espinas débiles después de la apertura de los ojos, que se podan fácilmente durante el período crítico para la plasticidad de dominancia ocular (P21 - P35) debido a la estabilidad reducida. .

Derribo de Nectin-3 en

P19 aumenta la densidad de la columna dendrítica en P35

La eliminación temprana de ARNhc (E15.5) de nectina-3 produjo una sobreproducción de espinas dendríticas después de abrir los ojos, lo que aumentó significativamente las densidades de espinas dendríticas en P21 en relación con el control. Por otro lado, las densidades de las espinas dendríticas entre Nec3-shRNA y las neuronas de control no fueron diferentes en P35, lo que indica que las espinas adicionales producidas en P21 pueden haberse eliminado durante el período crítico para ODP (P21-P35). A continuación, queríamos probar si la sobreproducción inicial de espinas en P21 después de la caída de la nectina-3 condujo directamente a la poda compensatoria de las espinas en las siguientes semanas. Para lograr esto, derribamos selectivamente la nectina-3 cerca del comienzo del período crítico para ODP y evaluamos las densidades de la columna dendrítica en P35. Para este experimento, co-electroporamos las mismas construcciones Nec3-shRNA dependientes de Cre (o shRNA control scramble) y una construcción tdTomato dependiente de Cre en ratones transgénicos CaMKII-Cre en E15.5 (Fig. 3a, c). En un estudio anterior, la recombinación de Cre / loxP impulsada por CaMKII-Cre se observó por primera vez en la corteza y el hipocampo en P19 y la expresión fue descrita como robusta por P23 [42]. A partir de esto, llegamos a la conclusión de que la caída de nectina-3 probablemente ocurrió en la mayoría de las células alrededor del comienzo del período crítico para la plasticidad de dominancia ocular (P21). Se analizaron las densidades de la columna dendrítica apical y basal en P35, para dar tiempo a la expresión completa del ARNhc y la eliminación de nectina-3 en las neuronas corticales L2 / 3 (Fig. 3b, c).

P19 aumenta la densidad de la espina dendrítica en P35. a Una construcción de ARNhc dependiente de Cre para nectina-3 (o construcción de ARNhc codificado) se co-electroporó con un plásmido FLEX tdTomato dependiente de Cre (que también expresa sinaptofisina-EGFP) en ratones transgénicos CaMKII-Cre en desarrollo. B Se obtuvieron imágenes de las dendritas apicales y basales en neuronas positivas de CaMKII-Cre / shRNA / tdTomato en P35 (imagen de 40x, barra de escala = 50 μm). C Los ratones se sometieron a electroporación a E15.5 para apuntar a las neuronas L2 / 3 en desarrollo, pero la recombinación Cre no se observa hasta

P19 en la línea de ratones CaMKII-Cre [42]. Para este experimento, las neuronas se desarrollan normalmente hasta la caída de nectina-3 en

P19. Se sacrificaron los ratones y se obtuvieron imágenes de las neuronas en P35. D Las densidades de las espinas dendríticas son significativamente más altas en P35 cuando la nectina-3 se derriba en

P19 usando un ratón CaMKII-Cre. Cada punto representa una sola dendrita. Se contaron una dendrita apical y una basal por célula. La importancia se indica con "*" (archivo adicional 5, control CKII: norte = 14 células, 28 dendritas, 5 animales CKII-Nec3-shRNA: norte = 16 células, 32 dendritas, 6 animales). mi Imágenes representativas de dendritas apicales de animales de control y Nec3-shRNA (imagen de 63x, barra de escala = 10 μm)

A diferencia de la eliminación temprana de ARNhc (E15.5) de nectina-3, la eliminación tardía de nectina-3 (

P19) aumentó significativamente la densidad de la columna dendrítica en P35 en relación con el control (pag = 0.0107, Fig. 3d, e). Si bien las densidades de la columna dendrítica apical y basal parecieron aumentar con la caída de nectina-3, cuando se consideraron por separado, solo las dendritas apicales mostraron un aumento estadísticamente significativo en relación con el control (pag = 0.0207, Fig.3d, e, archivo adicional 5). El período crítico para ODP se asocia típicamente con la poda de la columna dependiente de la experiencia en V1, aunque se ha demostrado que diferentes tipos de dendrita se someten a diferentes grados de poda [19, 60]. Si bien nuestros resultados podrían indicar que la caída de nectina-3 interrumpe la poda durante el período crítico para ODP, el aumento de la densidad de la columna observada también podría ser el resultado de un aumento de la espinogénesis. También es posible que, al igual que con la caída temprana (E15.5), el aumento de la densidad de la columna observada con la caída tardía de nectina-3 pueda ser transitorio. No tomamos medidas de la densidad de la columna después de P35, pero otros estudios han encontrado que la caída de nectina-3 en el hipocampo adulto disminuye la densidad de la columna dendrítica [35, 36]. Se necesitan más estudios para determinar si la caída del desarrollo de la nectina-3 tiene efectos a largo plazo en las neuronas corticales L2 / 3.

La sobreexpresión de nectina-3 en E15.5 disminuye la densidad de la columna dendrítica

A continuación, examinamos el efecto de sobreexpresar nectina-3 en neuronas corticales L2 / 3 durante el desarrollo. Generamos un plásmido de expresión de nectina-3 de nuevo diseño, que aumentó drásticamente la expresión de nectina-3 después de la transfección en células HEK-293 (Fig. 4a, c). Esta construcción de sobreexpresión de nectina-3 se sometió a electroporación para desarrollar neuronas L2 / 3 en E15.5 (con una construcción tdTomato dependiente de Cre y un plásmido de expresión de Cre, Fig. 4a, b), y las densidades de la columna dendrítica apical y basal se analizaron en P14, P21 y P35 (Fig. 4d). Las densidades de la columna dendrítica en las neuronas de control (ARNhc codificado) y de sobreexpresión de nectina-3 (Nec3-OE) aumentaron significativamente entre P14 y P21 (Control, P14 - P21: pag = 2,47e-05 Nec3-OE, P14 - P21: pag = 0.00017, archivo adicional 5). Además, cuando todos los puntos de tiempo se consideraron juntos, Nec3-OE disminuyó significativamente las densidades de la columna dendrítica en relación con las neuronas de control (pag = 0,0019, dendritas apicales y basales agrupadas, archivo adicional 5, Fig. 4e). La mayor diferencia entre Nec3-OE y las densidades de las espinas dendríticas de control se observó en P35, y al igual que con la caída de nectina-3, las densidades de las espinas se vieron impactadas de manera más significativa en las dendritas apicales (apical y basal agrupadas, P35: pag = 0,0492, dendritas apicales solas, P35: pag = 0,00136, figura 4i). De acuerdo con nuestros experimentos de ARNhc, estos datos indican además que la expresión de nectina-3 puede restringir la espinogénesis durante el desarrollo y / o facilitar la poda durante el período crítico para ODP (P21 - P35).

La sobreexpresión de nectina-3 que comienza en E15.5 disminuye la densidad de la columna dendrítica. a Construcciones de expresión co-electroporadas. B La sobreexpresión de electroporación / nectina-3 se produjo en E15.5. Se analizaron las densidades de las espinas dendríticas en P14, P21 y P35. C Análisis de transferencia Western después de la transfección de células HEK-293 con un vector de sobreexpresión de nectina-3. Se observa una expresión de nectina-3 muy aumentada en relación con los niveles endógenos en las células HEK-293. D Imagen representativa de una neurona electroporada con dendritas apicales y basales seleccionadas en un círculo (barra de escala = 50 μm). mi La sobreexpresión de nectina-3 produjo una disminución general en las densidades de la columna dendrítica en comparación con las neuronas de control (ARNhc codificado) (dendritas apicales y basales agrupadas, línea continua). Al igual que con las neuronas de control, las densidades de la columna aumentaron significativamente entre P14 y P21, lo que indica que la espinogénesis estaba intacta con la sobreexpresión de nectina-3. La significancia se denota con "*", y pag Los valores se enumeran en el archivo adicional 5. F Imágenes representativas de dendritas apicales de control y neuronas Nec3-OE en P35 (imagen 63x, barra de escala = 10 μm). gramo Nec3-OE y controlar las densidades de las espinas dendríticas en P14. Se trazan las densidades de las espinas dendríticas apicales y basales. Las barras de error indican el error estándar de la media. Cada punto representa una sola dendrita. Se contaron una dendrita apical y una basal por célula (Control: norte = 15 células, 30 dendritas, 5 animales Nec3-OE: norte = 16 células, 32 dendritas, 6 animales). h Las densidades de las espinas dendríticas de Nec3-OE y de control no fueron significativamente diferentes en P21 (Control: norte = 17 células, 34 dendritas, 5 animales Nec3-OE: norte = 14 células, 28 dendritas, 5 animales). Cuando se combinaron Nec3-OE y los datos de control, las densidades de las espinas dendríticas apicales fueron significativamente más bajas que las basales en P21. I Las densidades de la columna dendrítica para las neuronas Nec3-OE tenían una tendencia más baja que las neuronas de control en P35 (dendritas apicales y basales agrupadas). Este resultado fue significativo al considerar las dendritas apicales solas (Control: norte = 11 células, 22 dendritas, 3 animales Nec3-OE: norte = 12 células, 24 dendritas, 3 animales)

Nuestro estudio indica que las dendritas apicales y basales que analizamos pueden experimentar diferentes grados de espinogénesis después de la apertura de los ojos. Se realizaron pruebas t individuales para determinar si las densidades de las espinas dendríticas apicales y basales pueden diferir dentro de una sola condición a una edad determinada. Tanto las neuronas de control como las Nec3-OE demostraron diferencias potenciales entre las densidades de la columna dendrítica apical y basal en P21 (Control, p = 0,0038 Nec3-OE, pag = 0.029 Archivo adicional 5, Metadatos). Cuando estos conjuntos de datos se combinaron en nuestro modelo estadístico (ver métodos), las diferencias entre las dendritas apicales y basales fueron altamente significativas (pag = 4.14e-05, archivo adicional 5, Fig.4g). Este resultado sugiere que las dendritas apicales muestreadas en este estudio pueden no aumentar sus densidades de la columna después de la apertura del ojo en el mismo grado que las dendritas basales en las condiciones de expresión de nectina-3 normal o por encima de lo normal (Fig. 4e, h). Es importante señalar que este efecto no parece depender de la sobreexpresión de nectina-3, ya que no se observaron diferencias significativas entre Nec3-OE y las condiciones de control en P21 (Fig. 4g). Las densidades de las espinas dendríticas en las dendritas apicales continuaron aumentando entre P21 y P35 solo en la condición de control. Esto indica que, a diferencia de otros tipos de dendrita [22, 61], las dendritas apicales secundarias proximales (distintas de los mechones apicales) pueden ser más lentas para aumentar las densidades de las espinas dendríticas después de abrir los ojos y pueden no ser podadas durante el período crítico para ODP. La sobreexpresión de nectina-3 disminuyó más significativamente las densidades de la columna dendrítica apical en P35, lo que indica además que el desarrollo único de este tipo de dendrita puede depender de niveles precisos de expresión de nectina-3. A partir de esto, concluimos que el tipo de dendrita también puede ser una consideración importante al evaluar los cambios de desarrollo en las densidades de las espinas dendríticas después de la apertura de los ojos.

La sobreexpresión de nectina-3 que carece del dominio de unión de afadina disminuye la densidad de la columna dendrítica

Las proteínas de nectina consisten en tres dominios extracelulares de Ig, un fragmento transmembrana y múltiples dominios C-terminales intracelulares con funciones distintas e independientes [11, 30, 62,63,64]. La mayoría de las nectinas, incluida la nectina-3, tienen un motivo conservado de cuatro aminoácidos en su cola citoplasmática que se une al dominio PDZ de la afadina [11, 27, 30, 40]. La unión de nectina-3 / afadina es necesaria para la interacción de nectina-3 con el citoesqueleto de actina y la organización de PAJ en cooperación con N-cadherina (Fig. 1a) [11, 26,27,28,29, 31, 65] . Las nectinas también pueden reclutar y activar c-Src, lo que lleva a la activación aguas abajo de Cdc42 y Rac, que facilitan la formación de filopodios y lamelipodios, respectivamente [63, 66,67,68]. El extremo C de nectina-1, pero no el sitio de unión de afadina, era necesario para la activación de Cdc42 y Rac [66]. También se ha demostrado que el dominio extracelular de la nectina-3 actúa independientemente de su extremo C-terminal para unirse a la nectina-1, lo que conduce a la señalización intracelular de nectina-1 y al reclutamiento de cadherina [63, 66, 69]. No está claro qué dominio de nectina-3 puede regular la formación de la columna dendrítica durante los períodos críticos del desarrollo posnatal.

A continuación, probamos si la disminución de la densidad de la columna observada con la sobreexpresión de nectina-3 requería una interacción entre la nectina-3 y la afadina. Para este experimento, usamos en el útero electroporación para sobreexpresar una proteína nectina-3 que carece de los cuatro aminoácidos C-terminales necesarios para unirse a la afadina (Nec3 Δafadin) [11, 27, 30, 40]. Las neuronas L2 / 3 en desarrollo se electroporaron con Nec3 Δafadina (más Cre y plásmidos tdTomato dependientes de Cre, Fig. 5a) en E15.5, y se ensayaron las densidades de la columna dendrítica en P14, P21 y P35 (Fig. 5b, c). Tenga en cuenta que la proteína Nec3 Δafadina aún debe unirse a nectina-1 y activar la señalización de Cdc42 y Rac [63, 66, 67, 68]. De manera similar a la condición Nec3-OE, Nec3 Δafadin produjo una disminución general en las densidades de la columna dendrítica en relación con las neuronas de control (scramble shRNA) cuando todos los puntos de tiempo se consideraron juntos (pag = 0,00199, figura 5d). También similar a Nec3-OE, las neuronas Nec3 Δafadin tenían densidades de columna dendrítica disminuidas (tendencia) en relación con el control en P35 (dendritas apicales y basales agrupadas, P35: pag = 0,057), que fue significativa cuando las dendritas apicales se consideraron de forma independiente (dendritas apicales solas, P35: pag = 0,004). A partir de esto, llegamos a la conclusión de que la nectina-3 utiliza una vía independiente de afadina para restringir la formación de la columna durante este período de desarrollo.

La sobreexpresión de Nec3 Δafadin en E15.5 restringe la formación de la columna después de la apertura de los ojos. a Construcciones de expresión co-electroporadas. B Imagen representativa de una neurona electroporada con dendritas apicales y basales seleccionadas en un círculo (barra de escala = 50 μm). C La electroporación / inhibición negativa dominante de la unión de nectina-3 / afadina (Nec3 Δafadina) se produjo en E15.5. Las densidades de las espinas dendríticas se midieron en P14, P21 o P35. D Nec3 Δafadin produjo una disminución general en las densidades de la columna dendrítica en comparación con las neuronas de control cuando se consideraron todos los puntos de tiempo (dendritas apicales y basales agrupadas, línea continua). Además, las densidades de las espinas dendríticas no aumentaron significativamente entre P14 y P21.La significancia se denota con "*", y pag Los valores se enumeran en el archivo adicional 5. mi Imágenes representativas de dendritas basales en P21 de Nec3 Δafadin y neuronas de control (imagen de 63x, barra de escala = 10 μm). F Imágenes representativas de dendritas apicales en P35 de Nec3 Δafadin y neuronas de control (imagen 63x, barra de escala = 10 μm). gramo Nec3 Δafadin y controlan las densidades de las espinas dendríticas en P14. Las densidades de las espinas dendríticas apicales y basales se representan junto con barras de error que indican los errores estándar de la media (Control: norte = 15 células, 30 dendritas, 5 animales Nec3 Δafadin, norte = 16 células, 32 dendritas, 6 animales). h Nec3 Δafadin y controlan las densidades de las espinas dendríticas en P21. Las densidades generales de la columna dendrítica mostraron una tendencia más baja en P21 en las neuronas Nec3 Δafadin en comparación con el control con un pag valor apenas por encima del Bonferroni corregido pag valor de 0,0055. Cuando las dendritas basales se consideraron solas, se observó una disminución significativa en las densidades de las espinas dendríticas (Control: norte = 17 células, 34 dendritas, 5 animales Nec3 Δafadin: norte = 12 células, 24 dendritas, 3 animales). I Nec3 Δafadin y controlan las densidades de las espinas dendríticas en P35. Cuando las dendritas apicales se consideraron solas, las densidades de la columna vertebral Nec3 Δafadin fueron significativamente más bajas que las del control (Control: norte = 11 células, 22 dendritas, 3 animales Nec3 Δafadin: norte = 9 células, 18 dendritas, 3 animales)

A diferencia de Nec3-OE, la mayor diferencia entre Nec3 Δafadin y las neuronas de control se observó una semana después de la apertura del ojo, en P21 (dendritas apicales y basales agrupadas, pag = 0,0056). Curiosamente, este efecto pareció estar impulsado por las dendritas basales, que disminuyeron significativamente en relación con el control en P21 (pag = 0,003). Además, Nec3 Δafadin fue la única condición en la que no observamos un aumento significativo del desarrollo en las densidades de las espinas dendríticas entre P14 y P21 (Fig.5d, Nec3 Δafadin, P14 - P21: pag = 0,1765). Este resultado podría sugerir que, en el contexto de una alta expresión de nectina-3, la unión de nectina-3-afadina puede contrarrestar el papel de la nectina-3 para suprimir la formación de la columna vertebral (ver discusión). Sin embargo, existen varias explicaciones posibles de por qué Nec3 Δafadin produjo un fenotipo mejorado en P21 en relación con Nec3-OE, incluidas las diferencias en la estabilidad de la proteína o los niveles de expresión entre las dos condiciones. Si bien se necesitan más estudios para comprender completamente el papel de la unión de nectina-3-afadina en la espinogénesis después de la apertura del ojo, nuestros resultados respaldan un modelo general en el que la caída de nectina-3 aumenta las densidades de la columna y la sobreexpresión de nectina-3 reduce las densidades de la columna, como se describe en Fig.6 (imágenes representativas de dendritas y células de todas las condiciones y edades se muestran en el archivo adicional 4: Figura S4).

Modelo hipotético que resume los resultados. Después de abrir los ojos, las neuronas L2 / 3 experimentan un aumento en la densidad de la columna dendrítica. Este período de espinogénesis puede requerir primero un debilitamiento de la adhesión sináptica en las sinapsis existentes. En este modelo, la sobreestabilización de las espinas existentes evita la formación de nuevas espinas, mientras que la adhesión sináptica reducida facilita la formación de nuevas espinas. Además, es posible que un mecanismo similar pero opuesto facilite la poda entre P21 y P35; el fortalecimiento de las espinas seleccionadas mediante una mayor adhesión celular facilita la eliminación de las espinas débiles vecinas. Como componente de los PAJ sinápticos, la nectina-3 puede facilitar tanto la acumulación como la eliminación de moléculas de adhesión en los sitios sinápticos, quizás a través de su asociación con afadina (creado con BioRender.com)


Neuroglia

Células gliales, o neuroglia o simplemente glía, son el otro tipo de células que se encuentran en el tejido nervioso. Se considera que son células de apoyo y muchas funciones están dirigidas a ayudar a las neuronas a completar su función de comunicación. El nombre glia proviene de la palabra griega que significa "pegamento" y fue acuñado por el patólogo alemán Rudolph Virchow, quien escribió en 1856: "Esta sustancia conectiva, que se encuentra en el cerebro, la médula espinal y los nervios sensoriales especiales, es una especie de pegamento (neuroglia) en el que se plantan los elementos nerviosos ". Hoy en día, la investigación sobre el tejido nervioso ha demostrado que hay muchas funciones más profundas que desempeñan estas células. Y la investigación puede encontrar mucho más sobre ellos en el futuro.

Hay seis tipos de células gliales. Cuatro de ellos se encuentran en el SNC y dos en el SNP. La Tabla 2 describe algunas características y funciones comunes.


Introducción

Las interneuronas juegan un papel vital en el cableado y los circuitos del sistema nervioso en desarrollo de todos los organismos, tanto invertebrados como vertebrados. En términos generales, una interneurona es un tipo especializado de neurona cuya función principal es formar una conexión entre otros tipos de neuronas. No son neuronas motoras ni neuronas sensoriales, y también se diferencian de las neuronas de proyección en que las neuronas de proyección envían sus señales a lugares más distantes como el cerebro o la médula espinal. Es de gran importancia que las interneuronas funcionen para modular los circuitos neurales y la actividad del circuito [1-4]. La gran mayoría de las interneuronas del sistema nervioso central son de tipo inhibitorio. A diferencia de las neuronas excitadoras, las interneuronas corticales inhibidoras liberan de forma característica los neurotransmisores ácido gamma-aminobutírico (GABA) y glicina [5-7]. Las interneuronas corticales se denominan así por su localización en la corteza cerebral, que se define como una lámina de tejido neural externo, que funciona para cubrir el cerebro y las estructuras del cerebelo en el cerebro.

Esta revisión pondrá énfasis en la función y el origen de las interneuronas corticales GABAérgicas del sistema nervioso en desarrollo. Dentro de la categorización general de las interneuronas GABAérgicas, también existen numerosos subtipos de interneuronas que se clasifican en gran medida en función de los marcadores de superficie que expresan. Se discutirán tres subtipos principales de interneuronas corticales: interneuronas que expresan parvalbúmina (PV), una población heterogénea de interneuronas que expresan somatostatina (SST) y una población identificada relativamente recientemente del receptor ionotrópico de serotonina 5HT3a (5HT3aR) que expresan juntas interneuronas, estas tres subtipos representan aproximadamente el 100 por ciento de la población interneuronal GABAérgica neocortical de ratón [8]. Aunque estas interneuronas albergan sus respectivas capas de la corteza cerebral, se generan en varias ubicaciones subpaliales, los orígenes primarios de estos progenitores interneuronales también se discutirán ampliamente. También se tratan aquí las rutas migratorias posteriores que estos precursores interneuronales toman hacia la corteza cerebral.

De particular interés en los últimos tiempos en este campo de investigación es el mapeo de la red de factores de transcripción que son responsables de especificar las interneuronas corticales y el subtipo interneuronal específico. Esta revisión está organizada de manera que los factores de transcripción se organizan y discuten en función de los principales orígenes interneuronales en el subpallium. La tarea más ardua que enfrentan los investigadores es comprender el mecanismo por el cual cada Se especifica el subtipo de interneurona, así como los diversos genes y factores de transcripción que pueden estar involucrados, esto no se ve ayudado por el hecho de que hay tantos subtipos cuyas características a menudo se superponen entre sí.

Con respecto a los circuitos corticales, es de suma importancia el equilibrio entre las entradas excitadoras y las inhibidoras, que debe mantenerse con cuidado. La alteración del equilibrio de los circuitos neuronales puede muy bien ser un factor que contribuya a la aparición de trastornos neuropsiquiátricos, como epilepsia, trastornos del espectro autista y discapacidades intelectuales, solo por nombrar algunos [9]. Esta revisión se centra en una enfermedad mental grave en particular, la esquizofrenia. Obtener una comprensión de las interneuronas corticales dentro del "panorama general" de los circuitos neocorticales puede proporcionar información muy necesaria detrás de las etiologías de los trastornos neurológicos.

Papel de las interneuronas corticales GABAérgicas

Dado que la población de interneuronas GABAérgicas en el cerebro es tan heterogénea, es lógico que las muchas clases diferentes de interneuronas tengan una miríada de funciones que desempeñar en el sistema nervioso adulto. Las neuronas GABAérgicas juegan un papel inhibidor y liberan sinápticamente el neurotransmisor GABA para regular la velocidad de activación de las neuronas objetivo. La liberación de neurotransmisores normalmente actúa a través de GABA postsináptico.A receptores ionotrópicos para activar una vía de señalización neuronal.

Este campo de investigación generalmente organiza el rol / función de las interneuronas en tres componentes: (1) entrada aferente, (2) propiedades intrínsecas de la interneurona y (3) objetivos de la interneurona. En términos generales, las interneuronas reciben información de diversas fuentes, incluidas las células piramidales, así como las células de otras regiones corticales y subcorticales [10, 11]. Con respecto a la producción, las interneuronas corticales participan en la inhibición de retroalimentación y retroalimentación [12-14]. Independientemente del modo de producción, la red interneuronal cortical se complica aún más por el hecho de que una sola interneurona cortical es capaz de realizar múltiples conexiones con su (s) objetivo (s) neuronales excitadores [15].

Subtipo de interneurona cortical

Se estima que hay más de 20 subtipos diferentes de interneuronas GABAérgicas en la corteza, y los subtipos también se distinguen entre sí en función de las proteínas de unión al calcio que expresan, que sirven como marcadores (tabla 1) [16-24]. Los estudios realizados en tejido cerebral de ratón y rata han sugerido que, en particular, la proteína de unión al calcio conocida como parvalbúmina y el neuropéptido somatostatina son dos marcadores cruciales para definir los subtipos de interneuronas más predominantes dentro de la corteza cerebral [16, 20, 22 ]. Es importante destacar que la población de interneuronas que expresan PV es independiente de la población que expresa SST, ya que la expresión de estos marcadores no se superpone [16, 20, 22, 25]. Además de las interneuronas GABAérgicas positivas para PV y SST, que juntas comprenden aproximadamente el 70% de la población total de interneuronas corticales GABAérgicas, se encontró que otro subgrupo de interneuronas que expresan 5HT3aR comprende aproximadamente el 30% de todas las interneuronas [25]. Si bien estas tres subpoblaciones interneuronales representan casi (si no todas) el 100% de todas las interneuronas corticales GABAérgicas, también es importante recordar que cada una de estas poblaciones, especialmente la población que expresa 5HT3aR, es heterogénea y, por lo tanto, expresa otras proteínas o neuropéptidos. que contribuyen a su caracterización.

En los últimos años ha habido un impulso para crear una nomenclatura coherente para los diferentes subtipos interneuronales. Se celebró una conferencia en 2005 en Petilla, España, para lograr esta tarea. Un grupo de investigadores conocido como Petilla Interneuron Nomenclature Group (PING) se reunió para formular un conjunto de terminologías para describir las características morfológicas, moleculares y fisiológicas de las interneuronas corticales GABAérgicas [16]. Morfológicamente hablando, las interneuronas corticales se describen con respecto a su soma, dendritas, axones y las conexiones que hacen. Las características moleculares incluyen factores de transcripción, neuropéptidos, proteínas de unión al calcio y receptores que expresan estas interneuronas, entre muchos otros. Las características fisiológicas incluyen patrón de disparo, mediciones del potencial de acción, parámetros pasivos o subumbrales y respuestas postsinápticas, por nombrar algunas [16]. El objetivo general de esta conferencia y la terminología de Petilla resultante es crear un conjunto uniforme de criterios mediante los cuales se puedan describir las interneuronas para reducir la confusión entre los hallazgos de varios grupos de investigación en este campo. Si bien los resultados de la conferencia de Petilla han demostrado que existen muchos criterios con los que definir y distinguir clases de interneuronas, esta revisión clasificará los subtipos de interneuronas en función de los marcadores que expresan, en particular PV, SST o 5HT3aR, y desarrollará cada uno de ellos. tres grupos.

Interneuronas que expresan parvalbúmina

El grupo de interneuronas PV representa aproximadamente el 40% de la población de interneuronas corticales GABAérgicas [8]. Esta población de interneuronas posee un patrón de picos rápidos y dispara trenes de alta frecuencia sostenidos de breves potenciales de acción [10, 16, 17, 22, 26]. Además, estas interneuronas poseen la menor resistencia de entrada y la constante de tiempo de membrana más rápida de todas las interneuronas [10, 16, 17, 22, 23, 27, 28].

Dos tipos de interneuronas fotovoltaicas componen el grupo de interneuronas fotovoltaicas: células en cesta y células de araña [16, 22]. Se sabe mucho más sobre las células en cesta, que son interneuronas que hacen sinapsis en el soma y la dendrita proximal de las neuronas diana, y por lo general tienen una morfología multipolar [16, 22]. Varios estudios han demostrado que las neuronas en cesta de picos rápidos son el sistema inhibidor dominante en la neocorteza, donde median la inhibición rápida de las neuronas diana, entre muchas otras funciones [29-35]. Como se discutirá en una sección posterior, las neuronas en canasta de picos rápidos probablemente desempeñen un papel importante en la regulación del delicado equilibrio entre las entradas excitadoras e inhibidoras en la corteza cerebral [36, 37].

Se sabe mucho menos sobre el segundo subgrupo de interneuronas que expresan PV, las células candelabros. A diferencia de las neuronas de canasta, las células de araña se dirigen al segmento inicial del axón de las neuronas piramidales [16, 22]. Tanto las celdas de canasta como las celdas de araña tienen picos rápidos, pero difieren en las propiedades electrofisiológicas, según lo revisado por Woodruff et al[38]. Varios estudios relativamente recientes han sugerido que, a diferencia de otras interneuronas, las células candelabro pueden ser más excitadoras que inhibidoras debido a sus efectos despolarizantes sobre el potencial de membrana [38-40], aunque las funciones de este subgrupo aún no se han aclarado.

Un grupo de investigación ha caracterizado un grupo de células que expresan PV que es independiente de las neuronas candelabros y candelabros en el neocórtex del ratón [41]. Estas interneuronas se denominaron células explosivas multipolares y se diferencian de las células de candelabro y de cesta tanto en electrofisiología como en conectividad [41]. Las neuronas de estallido multipolar poseen sinapsis con células piramidales (u otras células de estallido multipolar) que demuestran una facilitación de pulso emparejado, en contraste, las células de candelabro y candelabro suelen ser muy deprimentes [41]. Si bien este grupo de interneuronas es prometedor como tercer subgrupo dentro del tipo de interneuronas que expresan PV, se justifica una mayor investigación, ya que ningún otro grupo de investigación ha caracterizado estas neuronas.

Interneuronas que expresan somatostatina

El grupo de interneuronas que expresan SST es el segundo grupo de interneuronas más grande en el neocórtex de ratón, y representa aproximadamente el 30% de la población total de interneuronas corticales [8]. Las interneuronas SST positivas se conocen como células de Martinotti y poseen axones ascendentes que arborizan la capa I y establecen sinapsis en los mechones dendríticos de las neuronas piramidales [22]. Las células de Martinotti se encuentran en las capas corticales II-VI, pero son más abundantes en la capa V [14, 22, 42]. Estas interneuronas funcionan exhibiendo un patrón de disparo de adaptación regular, pero también pueden disparar inicialmente ráfagas de dos o más picos en jorobas de despolarización lenta cuando se despolarizan de potenciales hiperpolarizados. A diferencia de las interneuronas PV positivas, las entradas excitadoras en las células de Martinotti facilitan en gran medida [43-47]. Se pueden encontrar más detalles sobre la electrofisiología y los patrones de disparo de las células Martinotti que expresan SST en una revisión de Rudy. et al[8].

Los resultados de varios estudios han sugerido que la población de interneuronas SST es heterogénea. Mamá et al generó una línea de ratón designada como X94, mediante la cual la expresión de GFP (codificada por inserción aleatoria del gen GFP) fue controlada por las células promotoras GAD67 de esta línea que expresan SST pero difieren de las células Martinotti en muchos aspectos [48]. Estas células estaban ubicadas en las capas IV y V que, a diferencia de las células de Martinotti, se dirigían a las células de la capa cortical IV [48]. Las células X94 también poseían una menor resistencia de entrada en relación con las células Martinotti, con picos de menor duración y un patrón de disparo entrecortado [48]. Esta evidencia sugiere claramente que hay otros subgrupos interneuronales dentro del subtipo de SST además de las células de Martinotti. McGarry et al. Han informado de que otra línea de ratones transgénicos contiene dos células positivas para SST distintas que ocupan principalmente las capas II y III [49]. Al igual que las células X94, estas dos poblaciones de interneuronas difieren electrofisiológicamente de las células de Martinotti, aunque se deben realizar investigaciones adicionales para determinar verdaderamente su presencia, ya que otros grupos de investigación no han podido duplicar estos hallazgos [26, 50, 51].

Está claro que es probable que existan subpoblaciones adicionales de interneuronas corticales que expresan SST. Esto se ve reforzado por las diferencias observadas en las propiedades de activación, la expresión de marcadores moleculares y la conectividad de diferentes neuronas dentro de esta población [8, 49, 50, 52, 53]. Se justifica la investigación adicional en este campo, ya que la población de interneuronas GABAérgicas que expresan SST es muy grande.

Grupo de interneuronas 5HT3aR

El tercer grupo de interneuronas corticales GABAérgicas se caracterizó inicialmente en un estudio de Lee et al, y se designa como el grupo interneurona 5HT3aR [25]. Este estudio utilizó tanto en el lugar hibridación e inmunohistoquímica para demostrar la existencia de una población de interneuronas GABAérgicas en la corteza del ratón que expresan el receptor 5HTa3, pero ni PV ni SST esta población representa aproximadamente el 30% de la población de interneuronas corticales GABAérgicas [25]. Debido a su descubrimiento relativamente reciente, este grupo aún no se ha caracterizado por completo, aunque es evidente que esta población es muy heterogénea.

Dentro del grupo de interneuronas 5HT3aR hay varios subconjuntos de interneuronas que también expresan otras proteínas o marcadores neuropéptidos, uno de ellos es el péptido intestinal vasoactivo (VIP) [22, 26, 54]. Las interneuronas que expresan VIP se localizan en las capas corticales II y III, y aunque no expresan ni PV ni SST, Lee et al confirmó que este subconjunto de hecho expresa el receptor 5HTa3 y representa aproximadamente el 40% de la población 5HT3aR [25]. Las interneuronas VIP generalmente hacen sinapsis en las dendritas [25, 55, 56], y se ha observado que algunas se dirigen a otras interneuronas [57, 58]. En relación con todas las interneuronas corticales, las interneuronas VIP poseen una resistencia de entrada muy alta y se encuentran entre las más excitables de las interneuronas [25, 55, 56].

Hay varios tipos de interneuronas corticales VIP que difieren en las propiedades electrofisiológicas, pero en general poseen una morfología bipolar, bitufted y multipolar [22, 26, 54, 56]. Un subtipo de VIP en particular se denomina comúnmente neuronas de picos irregulares [17, 25, 55, 56, 59-61].Las interneuronas puntiagudas irregulares poseen un axón descendente orientado verticalmente que se extiende a capas corticales más profundas, y tienen un patrón de disparo irregular que se caracteriza por potenciales de acción que ocurren irregularmente durante las despolarizaciones cerca del umbral [17, 25, 55, 56, 59-61]. Además, las interneuronas corticales con picos irregulares expresan la proteína de unión al calcio calretinina (CR) [56, 61], que es un marcador que también poseen algunas interneuronas SST positivas (y, curiosamente, también un marcador que ni las interneuronas VIP ni las SST expresan) [ 25, 55, 56, 62].

Hay varios otros subtipos de interneuronas 5HT3aR que expresan VIP presentes en la corteza cerebral, que Rudy resume muy bien et al[8]. Brevemente, entre estos se encuentran las neuronas de rápida adaptación [63] y la rápida adaptación [25, 56] e IS2 [61], así como una población menor de células en canasta positivas para VIP con patrones de disparo regulares, estallidos o con picos irregulares. [22, 26, 64].

El 60% de las interneuronas corticales en el grupo que expresa 5HT3aR no expresan VIP [25]. De este grupo de 5HT3aR negativo para VIP, casi el 80% expresa el marcador interneuronal reelina [56]. Las células neurogliaform son un tipo de interneurona cortical que pertenece a esta categoría: también se conocen como células de telaraña y expresan el neuropéptido Y (NPY), con múltiples dendritas que irradian desde un soma redondo [22, 65]. Las células neurogliaform son únicas en relación con otras interneuronas corticales GABAérgicas porque son capaces de formar conexiones sinápticas entre sí. al igual que con otros tipos interneuronales (a diferencia de otras interneuronas que sólo pueden hacer sinapsis en neuronas homólogas), solidificando así su importante papel en la regulación de los circuitos neurales [66-68]. Además, las células neurogliaform funcionan activando GABA lento.A y GABAB receptores para provocar potenciales postsinápticos inhibidores de larga duración en las neuronas piramidales y otras interneuronas [65, 69]. Existen otros subtipos dentro del grupo 5HT3aR positivo, VIP negativo, véase también la revisión de 2010 de Rudy et al[8]. Si bien ciertamente se ha avanzado en la distinción de los grupos de interneuronas entre sí, definitivamente se justifica una mayor investigación.

Origen de las interneuronas corticales GABAérgicas

Las interneuronas corticales nacen en las eminencias ganglionares

A lo largo de la embriogénesis, las interneuronas se generan principalmente en una estructura ampliamente denominada eminencia ganglionar (GE) (Figura 1) [70]. La GE es una estructura cerebral transitoria ubicada en el área ventral del telencéfalo y está presente anatómicamente durante el desarrollo embrionario. La GE se hace evidente en aproximadamente E11.5 en el sistema murino en desarrollo [71]. En total hay tres eminencias ganglionares: la eminencia gangliónica medial (MGE), la eminencia gangliónica caudal (CGE) y la eminencia gangliónica lateral (LGE). Los nombres de las diferentes áreas dentro de la GE se basan en su ubicación rostral-caudal en el telencéfalo. A medida que continúa el desarrollo embrionario, los GE crecen y finalmente se fusionan, momento en el que ya no están presentes en el cerebro maduro. La MGE y la CGE son las fuentes primarias de interneuronas corticales en el sistema nervioso en desarrollo.

Origen de las interneuronas corticales GABAérgicas. Anatomía del telencéfalo embrionario en aproximadamente el día embrionario 13.5 (E13.5), que muestra los principales orígenes de las interneuronas corticales GABAérgicas. A Vista sagital (superior) del telencéfalo. El MGE está etiquetado en rosa y representa áreas positivas Lhx6-Nkx2.1. Las interneuronas derivadas de MGE finalmente expresan PV o SST en la corteza cerebral. El CGE está etiquetado en azul claro y representa áreas Lhx6 positivas, Nkx2.1 negativas. Las interneuronas derivadas de CGE finalmente expresan 5HT3aR en la corteza. El área marcada en gris representa áreas que expresan Dlx1 / Mash1. La línea de puntos negra representa la ruta migratoria que toman los precursores de interneuronas hacia la corteza. B Vista coronal del telencéfalo. Los progenitores interneuronales que se originan en el LGE están etiquetados en azul. Los progenitores derivados de MGE están etiquetados en verde y las interneuronas del área preóptica están etiquetadas en rojo. Abreviaturas: CR, calretinina CGE, eminencia gangliónica caudal IN, interneurona LGE, eminencia gangliónica lateral MGE, eminencia gangliónica medial OB, bulbo olfatorio PV, parvalbúmina POA, área preóptica SST, somatostatina.

Varios estudios cruciales durante la década de 1980 demostraron que, contrariamente a la postulación anterior de que las interneuronas corticales se originan en la zona ventricular cortical subyacente, la mayoría de las interneuronas GABAérgicas en realidad nacen en las eminencias ganglionares. Van Eden y sus colegas demostraron por primera vez, utilizando el análisis de células positivas para GABA en la corteza cerebral de roedores en desarrollo, que las células que se presume que son interneuronas GABAérgicas parecían estar migrando lejos del subpallium [72]. Esta observación crucial generó varios otros estudios que posteriormente descubrieron que, de hecho, las interneuronas deben migrar desde el subpallium a sus destinos finales en la corteza. Para corroborar Van Eden et alSegún los hallazgos, se encontró que el marcaje con BrdU de las células en el subpalio se acumulaba en la corteza cerebral a lo largo del curso de la neurogénesis. Estudios adicionales que utilizan marcaje con colorante fluorescente de neuronas y un in vitro El ensayo migratorio con DiI mostró que estas interneuronas muestran el mismo patrón migratorio desde la eminencia ganglionar hasta la corteza cerebral madura [74, 75]. El uso de retrovirus para rastrear el linaje de células neurales también contribuyó al estudio temprano, pero importante, de que las neuronas excitadoras e inhibidoras se generan en realidad de forma independiente entre sí y no comparten un linaje común [76, 77]. Rakic ​​y Lombroso confirmaron más tarde que el telencéfalo consta de dos dominios separados: uno que contiene los GE que sirve como fuente de interneuronas inhibitorias, GABAérgicas, y un segundo en el que se generan neuronas excitadoras [78]. El dominio mencionado anteriormente también se denomina compartimento subpallial, mientras que el último se denomina compartimento palial. Estudios posteriores demostraron que los distintos subtipos de interneuronas corticales se derivan de regiones específicas dentro de las GE, como se discutirá ahora.

Eminencia ganglionar medial

La eminencia ganglionar medial se ha considerado durante mucho tiempo como una fuente primaria de interneuronas corticales GABAérgicas; se cree que es el sitio de origen de aproximadamente

50-60% de la población de interneuronas corticales en ratones [63, 79, 80]. Con respecto al subtipo de interneuronas, la MGE da lugar a la mayor parte de la población de interneuronas que expresan PV y SST [80]. Para desglosar esto, los estudios han demostrado que in vitro, aproximadamente el 65% de las interneuronas derivadas de MGE expresan parvalbúmina, con el resto de la población interneuronal derivada de MGE (

35%) que expresan somatostatina [81, 82]. En vivo los experimentos han confirmado estos hallazgos iniciales [63, 81, 83-85]. Es de destacar que el subconjunto SST-positivo que se deriva de la MGE es una población heterogénea con respecto a la morfología, electrofisiología y expresión de reelina, NPY y / o CR [50, 56].

Queda por dilucidar cómo las interneuronas corticales GABAérgicas que expresan PV y SST se segregan espacialmente dentro de la propia MGE, y en qué medida se produce esta segregación espacial. Llamas et al han sugerido que la MGE puede consistir en varios dominios progenitores, cada uno de los cuales puede servir como origen para clases únicas de interneuronas [84].

Eminencia ganglionar caudal

La CGE en sí es única porque es algo así como un "híbrido" de MGE y LGE: similar a la MGE, la CGE más ventral expresa el factor de transcripción Nk × 2.1, y la región dorsal de la CGE expresa el factor de transcripción Gsh2 , que se requiere para un patrón adecuado de la LGE [86]. Se ha demostrado que la eminencia ganglionar caudal es el segundo mayor contribuyente de progenitores de interneuronas, produciendo aproximadamente el 30-40% de todas las interneuronas corticales [87-89]. Si bien este es un porcentaje sustancial, el CGE demuestra ser un lugar de origen difícil de estudiar objetivamente debido al desafío de definir consistentemente esta región. Por lo tanto, se ha demostrado que el mapeo del destino de las interneuronas derivadas de CGE y, posteriormente, la determinación de la proporción exacta que estas interneuronas forman dentro de toda la población de interneuronas corticales, es bastante problemático. Nery et al fueron los primeros en mostrar, a través de en el útero Trasplante analiza, que un cierto porcentaje de interneuronas destinadas a la corteza de hecho se origina en el CGE [89]. Otros estudios han utilizado tanto in vitro y en vivo experimentos para confirmar este descubrimiento inicial, y además han agregado que las interneuronas derivadas de CGE son bipolares o de doble ramo en morfología [63, 79]. Estas interneuronas expresan CR (no SST) y / o VIP [63, 79]. Recientemente, Miyoshi y sus colegas utilizaron un enfoque de mapeo genético del destino para corroborar el hallazgo de que la CGE es de hecho una fuente de interneuronas corticales [56].

Los resultados de varios estudios sugieren que las interneuronas corticales que expresan 5HT3aR son en realidad derivadas en gran medida de CGE, como lo demuestra la visualización de EGFP en el 5HT3aR-BAC EGFP ratón [90-92]. Sotavento et al combinó el Nkx2.1-BAC cre y el reportero rojo R26R tdRFP dependiente de cre con 5HT3aR-BAC EGFP con el fin de excluir a la MGE como posible fuente de esta población de interneuronas [25]. No se observó superposición de células marcadas en rojo y células marcadas en verde, y dado que la línea Nk × 2,1-BAC cre marca las interneuronas corticales derivadas de MGE, la MGE puede descartarse como una fuente de interneuronas 5HT3aR [25]. Además, la línea de ratones Mash1-BAC CreER R26R tdRFP, que es específica de CGE, mostró una superposición significativa y casi completa con las células que expresan 5HT3aR, lo que confirma a la CGE como la principal fuente de interneuronas corticales 5HT3aR positivas [25].

Área preóptica embrionaria (POA)

Un estudio muy reciente de Gelman et al ha demostrado que, además de las eminencias ganglionares, el área preóptica embrionaria (POA) también debe considerarse una fuente de interneuronas GABAérgicas corticales [93]. El POA es una región del hipotálamo y los resultados de este estudio sugieren que esta área contribuye aproximadamente al 10% de todas las interneuronas GABAérgicas en la corteza cerebral murina.

Eminencia ganglionar lateral

Si bien existe un gran consenso en que la MGE y la CGE sirven como la fuente principal de interneuronas corticales en el sistema nervioso de los roedores en desarrollo, la posibilidad de que la LGE sea una tercera fuente también se ha debatido mucho. Los resultados de varios estudios han permitido concluir que el LGE es, como mucho, un contribuyente menor de interneuronas [85, 87, 94]. Sin embargo, las observaciones de algunos estudios sugieren lo contrario: Sussel y sus colegas informaron que Nkx2.1 los mutantes, en los que el tejido MGE normal no se forma, muestran una reducción del 50% en el número de interneuronas corticales en relación con los de tipo salvaje [95]. Si la MGE fue el origen de la mayoría de interneuronas corticales, solo una reducción del 50% implica que claramente hay otras áreas del cerebro responsables de generar interneuronas. Evidencia más convincente ha demostrado que en E15.5, la región similar a LGE en Nkx2.1 mutantes demuestra una fuerte migración celular a la corteza en desarrollo [87, 88]. El etiquetado con BrdU de los progenitores neurales también respalda la noción de una ruta migratoria celular desde el LGE hasta la corteza durante la embriogénesis, aunque solo una parte de las células marcadas con BrdU también fueron positivas para GABA [87]. Además, Jiménez y sus colegas descubrieron que cuando se extrae el MGE en explantes extraídos de embriones de rata, se sigue observando la migración celular del LGE a la corteza, lo que sugiere que las células migratorias son no Las células MGE simplemente atraviesan el LGE [96].

Especificación de interneuronas corticales

Ha habido un impulso reciente en el estudio de las interneuronas GABAérgicas para comprender y crear una red transcripcional que regule el desarrollo de las interneuronas GABAérgicas, la migración a la corteza y, en última instancia, la maduración hasta el fenotipo adulto apropiado. Para comprender la complejidad de la red transcripcional e identificar otros genes candidatos involucrados en la producción y el patrón de interneuronas en la corteza de los mamíferos, es más lógico separar los diversos factores de transcripción basados ​​en los tres orígenes principales de las interneuronas corticales: la eminencia ganglionar medial , la eminencia ganglionar caudal y el área preóptica embrionaria (Figura 2).

Especificación de las interneuronas corticales GABAérgicas. Con respecto a la especificación de progenitores interneuronales derivados de MGE, varios factores de transcripción juegan un papel. La señalización Shh activa Nk × 2.1, que es el factor de transcripción clave para especificar interneuronas positivas para PV y SST de esta región. Lh × 6 y Lh × 8 son factores de transcripción que se encuentran aguas abajo de Nk × 2.1 y también ayudan en la especificación de interneuronas PV y SST (ver texto). Sox6 se encuentra aguas abajo de Nkx2.1 y Lhx6 / 8. La familia de genes homeobox Dlx juega un papel clave en la especificación de interneuronas corticales derivadas de CGE, aunque también funcionan para mantener el subconjunto de interneuronas derivadas de MGE que expresan PV (Dlx5 en particular). Arx es un factor de transcripción homeobox cuya expresión se ve directamente afectada por los genes Dlx. Arx parece desempeñar un papel en la migración de interneuronas a la corteza. Tanto Gsx1 como Gsx2 son necesarios para la especificación de interneuronas corticales que se originan en la CGE. Mash1 es un factor de transcripción aguas abajo cuya ausencia da como resultado un número reducido de interneuronas corticales que se requiere para el funcionamiento adecuado del ligando de Notch Delta1, que, en la vía de señalización de Notch, sirve para reprimir la diferenciación neuronal. Los genes Dlx se encuentran más abajo y juegan un papel crucial en la especificación de interneuronas derivadas de CGE. Los mecanismos moleculares detrás de la especificación de interneuronas de POA no están claros, aunque Nk × 2,1 se expresa mediante interneuronas derivadas de esta área. Lh × 6 no está expresada por estas interneuronas. Se demostró que Nk × 5,1 afecta la especificación de las interneuronas NPY y Reelin.

Especificación de interneuronas corticales GABAérgicas derivadas de MGE

Existe una red transcripcional ampliamente estudiada que desempeña un papel en la regulación del desarrollo y la especificación adecuados de las interneuronas corticales GABAérgicas derivadas de MGE (Figura 2). Si bien los factores de transcripción como los genes de la homeobox Dlx, Lh × 6 y So × 6 son cruciales para la especificación del subconjunto de interneuronas PV positivo y SST positivo derivado de la MGE, el principal factor de transcripción que debe tenerse en cuenta es Nk × 2,1 [97-102], cuya expresión está localizada y confinada dentro de la MGE [103, 104]. La expresión de Nk × 2,1 dicta la generación de progenitores de MGE que expresan tanto PV como SST, y el mantenimiento de la expresión de Nk × 2,1 se activa mediante la señalización de Sonic hedgehog (Shh) [105]. Más específicamente, el nivel de la señalización de Shh dentro de las células progenitoras interneuronales de MGE parece ser un determinante de qué marcador expresarán estas neuronas, ya sea PV o SST: Xu et al han demostrado que los altos niveles de señalización de Shh dan lugar preferentemente a interneuronas que expresan SST, lo que a su vez da como resultado una producción reducida de interneuronas que expresan PV [106]. La ausencia completa o la pérdida condicional de Nk × 2,1 da como resultado una reducción de las interneuronas que expresan PV y SST, lo que demuestra su importancia para la especificación interneuronal derivada de MGE [99, 100, 102].

Un segundo factor de transcripción cuyo papel es crucial para la especificación interneuronal derivada de MGE, y cuya expresión también se limita a la MGE, es Lh × 6 [99, 100, 102]. Se descubrió que Lh × 6 era un objetivo de Nk × 2,1 [107]. Los análisis mutacionales con respecto a Lh × 6 han demostrado su importancia para determinar el destino de las interneuronas positivas para PV y SST: en ausencia de Lhx6, los progenitores neurales derivados de MGE aún pueden migrar correctamente al palio, pero la mayoría de las estas interneuronas no pueden expresar ni PV ni SST, curiosamente, se observa un aumento en la expresión de NPY [99, 100, 102]. Además, las interneuronas deficientes en Lhx6 son incapaces de integrarse adecuadamente en sus respectivas capas corticales. Esta observación sugiere que los factores aguas abajo de Lhx6 contribuyen al proceso de integración cortical [102]. A pesar de estos hallazgos, la población de interneuronas corticales que expresan PV y SST no se elimina por completo en Lhx mutantes, lo que implica que las interneuronas positivas para PV y SST positivas no se derivan únicamente de la MGE [99, 100, 102]. Alternativamente, factores de transcripción distintos de Nkx2.1 y Lh × 6 pueden ser importantes para la especificación de interneuronas PV y SST derivadas de MGE, esto puede compensar parcialmente la pérdida de Nk × 2.1 y Lh × 6. Deben realizarse estudios adicionales para discernir otros orígenes de estos subconjuntos de interneuronas corticales.

También es importante tener en cuenta factores de transcripción adicionales que se encuentran aguas abajo de Nk × 2,1 y Lh × 6 para obtener una mejor comprensión de la especificación de las interneuronas derivadas de MGE. Estudios recientes han hecho precisamente eso, y se sugiere que varios factores de transcripción actúen junto con Nk × 2.1 o Lh × 6. Uno de esos factores de transcripción es So × 6. Entonces, × 6 es un factor de transcripción que contiene HMG-box que es expresado por ratones interneuronas corticales GABAérgicas derivadas de MGE que carecen Sox6 no poseen interneuronas positivas para PV y tienen reducciones significativas de interneuronas positivas para SST [97, 98]. Curiosamente, se requiere un funcionamiento adecuado de Lh × 6 para el mantenimiento de la expresión de So × 6 en las neuronas que están migrando activamente hacia la corteza, pero no en los progenitores interneuronales derivados de MGE [98, 108].

Otro factor de transcripción que trabaja junto con Lh × 6 es Lh × 8, que se encuentra aguas abajo de Nk × 2,1 y se coexpresa con Lhx6 en progenitores neuronales derivados de MGE [95, 109]. Si bien no se especifica que las células positivas para Lh × 8 se conviertan en interneuronas corticales GABAérgicas, los análisis mutacionales de ratones que carecen tanto de Lh × 6 como de Lh × 8 proporcionan información sobre el papel de la Lh × 8 en la especificación de las interneuronas corticales. Lhx6/8 los mutantes dobles exhiben una producción de interneuronas derivada de MGE significativamente reducida y una migración defectuosa [108]. Sin embargo, este fenotipo no se observa en ratones que son mutantes solo para Lh × 8 [108].

La familia Dlx de genes homeobox, específicamente Dlx1, 2, 5 y 6, también desempeñan un papel en la especificación de los progenitores interneuronales de MGE y se expresan en la mayoría de las células progenitoras neurales subpaliales [110, 111]. Los genes Dlx se discutirán más ampliamente en la siguiente sección, ya que juegan un papel más importante en la especificación de interneuronas corticales derivadas de CGE. Dl × 5, en particular, se expresa en el subconjunto interneuronal maduro positivo para PV [101]. Wang et al utilizaron experimentos de trasplante para demostrar que la pérdida de Dl × 5 o de Dl × 5 y 6 en ratones se manifiesta como una reducción significativa del número de interneuronas que expresan PV, alteración de la morfología dendrítica y epilepsia [101].

Especificación de interneuronas corticales GABAérgicas derivadas de CGE

Como se mencionó anteriormente, aproximadamente el 30% de las interneuronas corticales GABAérgicas se originan en la CGE. Si bien anteriormente se pensaba que el perfil de expresión génica de la CGE era simplemente una extensión del de la LGE [80, 84, 110, 111], un trabajo más reciente ha sugerido que la CGE posee una red transcripcional única, lo que hace es una fuente auténtica de interneuronas corticales, separada de cualquier otra fuente [111-113].

De gran importancia en la especificación de interneuronas derivadas de CGE son los factores de transcripción homeobox conocidos como Gs × 1 y Gs × 2, los cuales son necesarios para la especificación de progenitores interneuronales en esta región [106]. Xu et al han demostrado a través de la pérdida y ganancia condicional de la función Gs × 2 que Gs × 2 tiene algo que ver en la generación de interneuronas corticales bipolares que expresan CR [106].

La investigación de genes aguas abajo de Gs × 1 y Gs × 2 resultó en el descubrimiento de Mash1, un factor de transcripción de hélice-bucle-hélice básico que también participa en el proceso de especificación de interneuronas. Mash1 los mutantes demuestran una pérdida neuronal significativa en las primeras etapas del desarrollo, así como un número reducido de interneuronas corticales [114]. Se encontró que Mash1 era necesario para expresar el ligando de Notch Delta1, cuya función dentro de la vía de señalización de Notch sirve para reprimir la diferenciación neuronal [114-116]. Por tanto, la pérdida de Mash1 da como resultado la diferenciación prematura de las células dentro de la zona subventricular (SVZ) que expresan los genes Dlx [114, 115].

Como se mencionó en la sección anterior, la familia de genes Dl × son actores clave en la especificación de interneuronas derivadas de CGE. Los genes Dlx se encuentran aguas abajo tanto de Gsx2 como de Mash1 [117-120]. Con respecto a la especificación de interneuronas, cuatro genes Dl × - Dl × 1, Dl × 2, Dl × 5 y Dl × 6 - se expresan en el prosencéfalo en desarrollo y son fundamentales para el proceso de especificación [121]. La expresión temporal de estos cuatro genes sigue una secuencia Dl × 2, Dl × 1, Dl × 5 y Dl × 6 [122, 123]. Se ha demostrado que las células progenitoras neurales Gs × 2 y Mash1 expresan simultáneamente D1 × 1/2 [110, 115, 124]. La pérdida de la función Dl × 1/2 da como resultado el fallo de la expresión Dl × 5/6 [110, 115, 124]. Es importante destacar que estos Dlx1/2 Los mutantes dobles exhiben una especificación incorrecta de la LGE / CGE, con una expresión inapropiada de los marcadores de la corteza ventral [110, 111]. Un análisis detallado de la red transcripcional dentro del Dlx1/2 Los mutantes dobles han dado lugar a la investigación de casi 100 factores de transcripción que pueden desempeñar un papel, tanto de forma dependiente como independiente de los genes Dl ×, en la especificación de interneuronas corticales derivadas de CGE [110, 111]. Gelman revisa muy bien un resumen de varios factores de transcripción candidatos. et al[125].

Especificación de interneuronas corticales GABAérgicas embrionarias derivadas de POA

Mientras que el POA embrionario es similar al MGE en que expresa el factor de transcripción Nk × 2,1, muchas células POA no expresan el factor de transcripción Lh × 6 [84]. Un estudio de Gelman et al ha demostrado elegantemente a través del mapeo del destino con una línea Cre expresada a partir del factor de transcripción Nk × 5,1 que el POA sirve como fuente de interneuronas GABAérgicas que expresan NPY y / o reelina [126]. Curiosamente, ninguna de las otras proteínas de unión al calcio, como PV, SST, CR o VIP, se expresó en estas interneuronas corticales derivadas de POA [126]. Es posible que esta población de células que expresan NPY y / o reelina provenga tanto del CGE como del POA, pero se deben realizar investigaciones adicionales para confirmar estas especulaciones. También se deben realizar estudios para descubrir los factores de transcripción y las funciones que desempeñan en la especificación de células derivadas de POA.

Influencia de factores celulares no autónomos en la identidad de interneuronas GABAérgicas

También deben tenerse en cuenta los factores autónomos no celulares y el papel que desempeñan en conferir la identidad de la interneurona cortical GABAérgica. Lodato et al han demostrado que ciertas neuronas excitadoras son capaces de controlar la distribución de interneuronas GABAérgicas dentro de la corteza [127]. La deleción de las neuronas de proyección subcerebral y el reemplazo subsiguiente por neuronas de proyección callosa da como resultado la laminación anormal de las interneuronas corticales, junto con una inhibición GABAérgica anormal [127]. Ciertos factores también pueden afectar a subconjuntos particulares de interneuronas. Orthodenticle homeobox 2 (Otx2) es una homeoproteína cuya expresión es necesaria para abrir y cerrar un período crítico de plasticidad neuronal en la corteza visual de las interneuronas que expresan PV en ratones [128, 129]. Queda por aclarar si otros factores afectan la especificación de otros subconjuntos interneuronales de una manera no autónoma de la célula.

Diferencias en el origen y especificación de las interneuronas corticales entre roedores y primates

Los estudios tanto en primates como en humanos han determinado que existen diferencias entre roedores y primates con respecto a los orígenes y rutas migratorias de las interneuronas GABAérgicas. Esto se discutirá brevemente, pero para obtener más detalles, consulte la revisión de Petanjek. et al[130].

Algunos estudios han arrojado luz sobre el hecho de que la mayoría de las interneuronas GABAérgicas de primates, a diferencia de las interneuronas corticales de roedores, pueden no originarse únicamente en las GE [131, 132]. De hecho, también se ha demostrado que las interneuronas corticales en primates tienen su origen en las zonas proliferativas del telencéfalo dorsal [131, 133-135]. Letinic et al. Utilizaron el marcaje retroviral en cultivos de cortes organotípicos para demostrar que hay dos linajes independientes de interneuronas corticales en el prosencéfalo humano fetal [131]. Sin embargo, mientras que se mencionó anteriormente que la GE es la fuente principal de interneuronas de roedores, este estudio demostró que en un linaje de interneuronas corticales Dl × 1/2-positivo, Mash1-negativo en el prosencéfalo humano fetal, solo el 35% de los La población de interneuronas en la zona ventricular proliferativa y la zona subventricular se origina en el GE [131]. Para respaldar estos hallazgos, se informaron los mismos resultados en el mono macaco (Macaca rhesus, Macaca fascicularis) [134].

Además de las diferentes ubicaciones del origen de las interneuronas entre las especies, también es importante darse cuenta de que los factores de transcripción expresados ​​por las interneuronas de los roedores y los precursores interneuronales pueden no necesariamente superponerse con la red transcripcional que gobierna el desarrollo de las interneuronas GABAérgicas humanas. Se están realizando investigaciones para caracterizar mejor las interneuronas humanas. Uno de estos estudios investigó la expresión de los factores de transcripción Nk × 2,1, Dlx1 / 2, Lh × 6 y Mash1 en el prosencéfalo fetal humano durante la primera mitad de la gestación [136]. Todos los factores de transcripción se expresaron tanto en los GE como en las zonas ventricular / subventricular, y la expresión se mantuvo hasta las 20 semanas de gestación. En conjunto, los datos sugieren que existen poblaciones de interneuronas corticales en múltiples ubicaciones, tanto ventralmente (como se describe en roedores) como dorsalmente en la VZ / SVZ [136]. También deben tenerse en cuenta las posibilidades de que la producción de interneuronas pueda seguir un curso temporal diferente según el origen, o que diferentes áreas de producción puedan contribuir a la heterogeneidad de la población de interneuronas corticales. Hallazgos de un estudio previo que utilizó criosecciones y in vitro los datos también apoyan la existencia de múltiples fuentes de progenitores de interneuronas corticales en el cerebro humano en desarrollo [137]. La mayor complejidad que caracteriza a las poblaciones de progenitores probablemente refleja la característica de funcionamiento cerebral superior de los humanos en comparación con otros organismos.

Migración a la corteza cerebral.

Una vez generadas y especificadas en sus respectivos orígenes dentro del telencéfalo ventral, las interneuronas corticales GABAérgicas se enfrentan a la tarea de migrar a sus destinos finales dentro de la corteza cerebral [138]. Se ha observado que las interneuronas GABAérgicas comienzan por primera vez una ruta tangencial de migración en E12.5 en roedores, un momento que también se corresponde con las primeras etapas de la neurogénesis [80, 139, 140]. En E12.5 en el ratón, una población temprana de interneuronas alcanza la corteza, migrando al nivel de la preplaca, mientras que una segunda, mayor proporción de interneuronas migra a través de la zona intermedia [139, 141, 142] (IZ). En un momento posterior de la corticogénesis (E14-15), se observan tres rutas migratorias, llamadas corrientes migratorias tangenciales, en la corteza: la zona marginal (MZ), la subplaca (SP) y la zona intermedia inferior (IZ) / subventricular. zona (SVZ) [87, 142, 143]. La migración es, en su mayor parte, completa por nacimiento, con la excepción del RMS, la ruta de migración que toman las neuronas en el RMS para llegar al bulbo olfatorio no se discutirá en esta revisión. Al igual que los procesos de generación y especificación de interneuronas, la migración desde los orígenes subpalliales a la corteza cerebral es una empresa complicada que implica la actividad de varios motógenos, factores quimiotácticos, factores de transcripción y neurotransmisores [144, 145]. Cada uno se explicará brevemente ahora.

Motogens

Los motógenos son factores secretados que influyen en las interneuronas recién especificadas en su capacidad para migrar [141]. Un ejemplo de un motógeno es el factor de crecimiento de hepatocitos (HGF), que se descubrió que regula las capacidades migratorias de las interneuronas corticales subpaliales derivadas. Se ha descubierto que el HGF es necesario para la migración de las interneuronas y las alienta a migrar lejos de sus lugares de origen [146]. mu-PAR los nulos (mu-PAR es un componente necesario de la vía del HGF) demuestran déficits significativos en la migración de interneuronas desde las GE a la corteza [146, 147]. En su estudio de 2003, Powell et al también presentó el hallazgo de que la pérdida de función del HGF tiene un efecto en algunos, pero no en todos, los subconjuntos de interneuronas [147].

Además del HGF, la familia de genes de las neurotrofinas sirven como motógenos para las interneuronas corticales migratorias. Varios estudios de desarrollo han demostrado que la corteza es positiva para la expresión de neurotrofinas [148-151], y que los receptores de neurotrofinas TrkB y TrkC (receptores de tirosina quinasa) se expresan por interneuronas [152, 153]. Un miembro de las neurotrofinas se conoce como factor neurotrófico derivado del cerebro (BDNF) [154]. Se ha demostrado que la pérdida de la señalización adecuada del BDNF da como resultado una regulación a la baja de los marcadores de interneuronas corticales [155-157].

Por último, el factor neurotrófico derivado de la línea celular de neurotrofina glial (GDNF), que se expresa en las rutas migratorias de interneuronas corticales [158], actúa como motógeno de las interneuronas GABAérgicas. Un estudio de 2002 demostró que los miembros de la familia de factores neurotróficos derivados de la glía se unen a tipos específicos de receptores conocidos como GFRα1-4 [159]. La pérdida de GFRα1 en ratones se manifiesta en una migración inadecuada desde el MGE y una incapacidad para alcanzar la corteza en comparación con el tipo salvaje [159]. Un estudio más reciente propuesto, utilizando TFG α1 ratones nulos, que la señalización de GFRα1 puede servir para guiar el desarrollo de una población de interneuronas que expresan PV destinadas a la corteza [160].

Quimiorrepellantes

Mientras que los motógenos afectan la capacidad de las interneuronas para migrar, los quimiopelantes y los quimioatrayentes sirven para proporcionar a las células migratorias la información sobre qué dirección migrar. Posiblemente, los quimiopelantes sirven como un tipo de señal de orientación que dirigirá las interneuronas migratorias lejos de un área determinada. Wichterle et al. Han demostrado a través de estudios de cultivo celular que en el telencéfalo, los GE ejercen una fuerza repulsiva sobre las interneuronas, lo que permite postular que los quimiorrepelantes se expresan principalmente en el subpallium [161].

Un ejemplo de quimiorrepelente es la familia de ligandos conocidos como semaforinas (Sema) [162]. Las semaforinas son capaces de ejercer sus fuerzas repulsivas sobre las interneuronas porque las interneuronas expresan neuropilinas (Nrp1 y Nrp2) y correceptores de plexina, los cuales reconocen las semaforinas que se expresan dentro del LGE [162]. Un estudio de 2003 demostró que dos semaforinas en particular, Sema 3A y 3 F, regulan la capacidad migratoria de las interneuronas GABAérgicas hacia la corteza [163]. Además, Zimmer et al han demostrado que el proteoglicano de condroitina sulfato conocido como condroitina-4-sulfato actúa en concierto con Sema 3A para repeler las interneuronas corticales migratorias dentro de la LGE, definiendo aún más el límite de la ruta migratoria de las interneuronas [164].

Slit1 es un segundo quimiorrepelente cuya expresión se encuentra en la zona ventricular y la zona subventricular de los GE, así como en el POA embrionario [165-168]. Slit1 es capaz de ejercer sus efectos quimiorrepulsores debido a la expresión de su receptor, Roundabout (Robo1), en las interneuronas corticales migratorias [165-168]. El análisis de los patrones de expresión de las proteínas Slit y Robo son indicativos de que las interneuronas son repelidas desde sus sitios de origen en las GE [169-172].

El último tipo de quimiorrepelente que se discutirá es la efrina y sus tirosina quinasas receptoras de efrina, que son señales repulsivas para las interneuronas derivadas de MGE, como se demostró tanto in vitro y en vivo[173, 174]. La efrina A5, en particular, se expresa en la zona ventricular del GE, mientras que su receptor, EphA4, se expresa mediante interneuronas derivadas de MGE que expresan calbindina [173]. Curiosamente, la caída del ARNip del receptor EphA4 resultó en la incapacidad de la efrina A3 para ejercer sus efectos repulsivos sobre las interneuronas dentro de la MGE [174].

Quimioatrayentes

Si bien las señales inhibitorias exhibidas por los quimiopelantes son indudablemente esenciales para definir la ruta migratoria tangencial que emprenden las interneuronas corticales, los factores quimioatractivos son igualmente importantes para ayudar en el proceso de migración. Mientras que los quimiorrepelantes se localizan en el subpalio, en el palio están presentes moléculas quimioatractivas. Uno de esos quimioatrayentes es la quimiocina CXCL12, que realiza la señalización a través de sus receptores CXCR4 y CXCR7. Se ha encontrado que las interneuronas derivadas de la MGE expresan ambos receptores [175]. El patrón de expresión de CXCL12 varía a lo largo del desarrollo: su expresión permanece alta en la zona marginal y la zona subventricular hasta el momento E14.5, pero durante las etapas posteriores de la corticogénesis su expresión se reduce significativamente en la zona subventricular (la expresión en la zona marginal permanece sin cambios ) [176]. Li et al han descrito la función de CXCL12: ejerce su fuerza atrayente sobre las interneuronas derivadas de MGE, guiándolas a las corrientes migratorias tangenciales mencionadas anteriormente; estas células permanecen allí hasta que se reciben las migraciones intracorticales [177].

El gen NRG1 mencionado anteriormente, que es un gen de susceptibilidad en la esquizofrenia, también sirve como quimioatrayente en el proceso de migración interneuronal. Se descubrió que NRG1 es esencial para que las interneuronas salgan de la MGE, atraviesen la LGE y entren en la pared cortical [178]. Llamas et al demostró más específicamente que las diferentes isoformas de NRG1 poseen funciones migratorias únicas [178]. Cuando las interneuronas se exponen a una fuente exógena de NRG1, las neuronas extienden nuevas neuritas en la dirección de la fuente [179], lo que sugiere que la NRG1 endógena presente durante el desarrollo tiene el mismo propósito. La reducción o pérdida de NRG1 en el prosencéfalo evita que las interneuronas GABAérgicas abandonen la MGE [178]. También se han realizado investigaciones sobre el receptor ErbB4 de NRG, que se expresa en las interneuronas migratorias [180]. En maduro, condicional ErbB4 mutantes, se observa un número reducido de interneuronas corticales [178].

Factores de transcripción

Si bien los factores motogénicos y quimiotácticos se han reconocido como influencias clásicas en la migración de interneuronas a la corteza, estudios relativamente recientes han citado el papel de los factores de transcripción en la migración. Uno de estos factores de transcripción es el factor de transcripción del homeodominio LIM Lh × 6. Las interneuronas derivadas de MGE que migran activamente a la corteza cerebral expresan Lhx6 [143, 181]. Además, Lh × 6 también se expresa en la mayoría de las interneuronas corticales positivas para PV y SST en ratones [83]. Utilización de Lhx6 La eliminación mediante ARNi obstaculizó la migración de las interneuronas corticales, lo que respalda firmemente la postulación de que el gen Lh × 6 de alguna manera desempeña un papel en la capacidad migratoria de las interneuronas [182]. Estudios recientes también han demostrado que Lh × 6 puede funcionar promoviendo la expresión de receptores como ErbB4 (receptor de NRG1), CXCR4 y CXCR7 (receptores de quimiocina CXCL12) [102].

Si bien se sabe que Nk × 2,1 es un factor de transcripción clave para la especificación de interneuronas GABAérgicas derivadas de MGE [99, 107], también se sugiere que desempeñe un papel en la migración de estas interneuronas hacia la corteza. Nobrega-Pereira et al. Han demostrado que la migración adecuada de las interneuronas derivadas de MGE a la corteza requiere una regulación a la baja de la expresión de Nk × 2,1 [183]. Otra confirmación de esta observación es el hallazgo de que la expresión ectópica de Nk × 2,1 en los progenitores de interneuronas de MGE que migran da como resultado la incapacidad de Sema3A y Sema3F para ejercer sus efectos repulsivos [183]. Deben realizarse estudios adicionales para dilucidar aún más el mecanismo por el cual Nk × 2.1 actúa en el proceso de migración.

La familia Dlx de genes homeobox participa en la migración de interneuronas a la corteza [124, 184]. Más específicamente, Dl × 1 y Dl × 2 pueden reprimir los genes PAK3 y MAP2 con el fin de restringir el crecimiento de neuritas [184]. PAK3 es un gen involucrado en la regulación y mantenimiento de la dinámica citoesquelética, y cuya expresión es baja en las interneuronas migratorias. Dlx1/2 los mutantes muestran una expresión aberrante y aumentada de PAK3, con una incapacidad para migrar a la corteza [184]. La reducción de estos niveles aberrantes de PAK3 restaura la capacidad de estas interneuronas para migrar tangencialmente a la corteza [184]. Además, los resultados de otro estudio han demostrado que Dl × 1 y Dl × 2 pueden desempeñar un papel en la represión de Nrp2, el receptor de semaforinas [107], lo que sugiere que los genes Dlx tienen múltiples modos de acción para regular la migración.

Por último, el factor de transcripción homeobox conocido como Arx se encuentra aguas abajo de los genes Dlx, y se ha demostrado que la función Dlx afecta directamente a la expresión de Arx: Dlx1/2 los mutantes dobles muestran una regulación a la baja de la expresión de Arx [185]. En ausencia de Arx, los progenitores de interneuronas derivados de MGE son incapaces de migrar hacia la corteza, lo que resulta en un número reducido de interneuronas en la corteza [186, 187]. Además, los ratones que poseen condicional Arx las mutaciones también han reducido el número de interneuronas corticales y tienen epilepsia [188], lo que demuestra la importancia de este factor de transcripción en la especificación de interneuronas dentro de la MGE.

Neurotransmisores

Si bien su papel en la migración hacia la corteza cerebral puede parecer poco convencional, está surgiendo evidencia de que los neurotransmisores sí ayudan a las interneuronas GABAérgicas en su movimiento hacia la corteza. Los dos neurotransmisores principales que se analizarán en detalle son el GABA y la dopamina. Las interneuronas migratorias expresan el GABAA y GABAB, dos receptores principales para GABA [189-191]. La reducción de la actividad de GABA a través de anticuerpos neutralizantes da como resultado una acumulación de interneuronas en la unión corticoestriatal e impide su entrada en la pared cortical [189].Un estudio más reciente también mostró que las interneuronas migratorias tienen una mayor afinidad por GABA, en relación con las interneuronas no migratorias que se localizan en el MGE [191].

Al igual que los receptores GABA, las interneuronas corticales migratorias también expresan D1 y D2, que son los receptores de la dopamina [192, 193]. D1 y D2 se sabe que los receptores, cuando se activan, tienen funciones opuestas entre sí [192]. La generación de knockouts individuales confirma aún más la función inversa de estos receptores: D 1 los nulos poseen una capacidad disminuida para migrar, lo que permite la conclusión de que D1 normalmente funciona para promover la migración de las interneuronas corticales. Por otra parte, D 2 los knockouts poseen una mayor capacidad migratoria, lo que sugiere que su función es inhibir la migración de interneuronas [192]. Está claro que se deben realizar estudios adicionales para dilucidar aún más las funciones que desempeñan los neurotransmisores como el GABA y la dopamina en el proceso migratorio, ya que aún se desconocen los mecanismos por los que operan.

Curiosamente, aunque claramente hay muchos factores que influyen en la ruta migratoria de las interneuronas GABAérgicas hacia la corteza, Sahara et al han demostrado que la proporción de interneuronas corticales, en relación con las neuronas excitadoras, permanece igual desde el comienzo de la neurogénesis hasta la edad adulta [194]. Los datos de este estudio sugieren que aproximadamente 1 de cada 5 interneuronas que migran tangencialmente hacia la corteza cerebral en ratones son positivas para GAD67, lo que indica que son interneuronas GABAérgicas inhibitorias [194].

Es importante señalar que una vez que las interneuronas GABAérgicas llegan con éxito a la corteza, debe llevarse a cabo un proceso denominado “migración intracortical”, mediante el cual las interneuronas atraviesan diferentes rutas migratorias dentro de la corteza para llegar a sus destinos finales. Este proceso, así como la laminación interneuronal, está fuera del alcance de esta revisión y no se discutirá. Para una discusión detallada de estos procesos, consulte la revisión de Faux et al[195].

Hasta la fecha, los mecanismos moleculares que regulan la terminación de la migración de interneuronas en la corteza son en gran parte desconocidos. Sin embargo, Bortone y Polleux han demostrado que el cotransportador de cloruro de potasio KCC2 desempeña un papel integral en la terminación de la migración interneurona [196]. Cuando las interneuronas migran activamente, el GABA y el glutamato ambientales estimulan inicialmente la motilidad a través de la activación de GABA.A y receptores AMPA / NMDA. Sin embargo, una vez que las interneuronas alcanzan la corteza, la regulación positiva de KCC2 da como resultado una hiperpolarización del potencial de membrana, lo que sirve como una señal de parada que las interneuronas son capaces de detectar [196]. Deben realizarse más investigaciones para dilucidar los mecanismos subyacentes a la terminación de la migración.

Disfunción GABAérgica y trastornos neuropsiquiátricos.

Como se puede imaginar, existe un delicado equilibrio entre las entradas excitadoras e inhibidoras que debe mantenerse cuidadosamente con respecto a los circuitos corticales. Por tanto, es concebible que una serie de trastornos neuropsiquiátricos puedan deberse a una alteración o interrupción en el equilibrio de excitación frente a inhibición en los circuitos corticales. Además, varios estudios han demostrado que la falta de una especificación adecuada de la interneurona cortical puede desempeñar un papel importante en el desarrollo de trastornos neurológicos. Esto puede implicar una desviación del curso del desarrollo de las interneuronas o una regulación transcripcional aberrante en el proceso de especificación de las interneuronas corticales. La esquizofrenia, una enfermedad mental grave, se utilizará como un ejemplo de circuito cortical que salió mal. Comprender los efectos de la neurotransmisión GABAérgica, las alteraciones en los circuitos corticales inhibidores y cómo pueden ser responsables de las características clínicas observadas en la esquizofrenia son fundamentales para este campo de investigación.

La esquizofrenia es un trastorno mental que se caracteriza por una variedad de síntomas, y los déficits cognitivos se reconocen como las características centrales y duraderas de esta enfermedad [197]. Las características distintivas de la esquizofrenia incluyen alucinaciones auditivas, delirios paranoicos o extraños, habla y pensamiento desorganizados y aislamiento social. Además, la memoria de trabajo y la atención están característicamente deterioradas en los pacientes esquizofrénicos [197]. El inicio de los síntomas ocurre en la edad adulta joven. Si bien se sugiere ampliamente que las influencias ambientales juegan un papel contribuyente en el desarrollo de esta enfermedad, la genética y la predisposición familiar juegan un papel muy importante: una revisión metaanalítica sobre el desempeño cognitivo entre familiares de pacientes esquizofrénicos y sujetos de control sanos demostró que los mismos déficits cognitivos encontrados en pacientes con esquizofrenia también se encuentran en familiares no afectados [198].

Inicialmente se postuló que los pacientes esquizofrénicos que mostraban déficit de interneuronas GABAérgicas tenían un número significativamente reducido de interneuronas en relación con los sujetos no esquizofrénicos [199]. Si bien esto puede ser cierto, este campo de investigación está experimentando un cambio gradual hacia la creencia de que la disfunción GABAérgica en la esquizofrenia puede ser el resultado de una interrupción o un desequilibrio de los neurocircuitos inhibidores, más que una reducción absoluta en el número de neuronas [9].

Una tendencia común observada en estudios realizados de forma independiente ha demostrado que solo ciertos subtipos interneuronales parecen verse afectados en la esquizofrenia. Los pacientes esquizofrénicos mostraron una marcada reducción de los niveles de ARNm de GAD67 en las interneuronas que expresan PV de la corteza prefrontal, mientras que los niveles de ARNm de GAD67 no difirieron en las interneuronas CR positivas de esquizofrénicos y controles sanos [200, 201]. Varios estudios han postulado que la población de interneuronas GABAérgicas que expresan PV en personas con esquizofrenia puede no estar funcionando a plena capacidad, y esto puede contribuir a los déficits cognitivos observados con esta enfermedad. La incapacidad de las interneuronas PV positivas para funcionar correctamente puede provocar la interrupción de la entrada inhibitoria en las neuronas piramidales y una alteración de la sincronización en el rango gamma [202, 203]. Esta teoría se ve corroborada por la observación de que los pacientes esquizofrénicos, cuando se les pide que realicen tareas de memoria de trabajo, presentan oscilaciones de frecuencia gamma anormales en la corteza prefrontal en relación con los sujetos sanos no esquizofrénicos [204-207].

Con el conocimiento de que el subtipo de interneuronas GABAérgicas que expresan parvalbúmina en particular se ve muy afectado en la esquizofrenia, es sensato buscar factores que desempeñen un papel en el desarrollo del subtipo PV positivo. Una de esas proteínas es el receptor tirosina proteína quinasa ErbB4, que es un receptor del factor trófico Neuregulina 1 (NRG1). La investigación se centró inicialmente en NRG1, que se identificó por primera vez como un gen de susceptibilidad para la esquizofrenia en una población islandesa y luego se confirmó como un gen de susceptibilidad en una población escocesa no relacionada [208]. NRG1 desempeña una variedad de funciones durante el desarrollo neuronal, incluida la modulación de la migración neuronal, la sinaptogénesis, la gliogénesis, la mielinización y la neurotransmisión [209]. En particular, NRG1 estimula la liberación de GABA de las interneuronas, lo que inhibe las células piramidales en la corteza prefrontal [210]. Se puede imaginar que la interrupción de la función de NRG1 puede afectar en gran medida el equilibrio entre la entrada excitadora e inhibitoria. Los posibles mecanismos por los cuales la función alterada de NRG1 y su receptor ErbB4 contribuyen a la esquizofrenia han sido revisados ​​por Mei y Xiong [211].

Con respecto a la esquizofrenia, la atención se centra en el receptor de NRG1, ErbB4: esto se debe en gran parte al hecho de que ErbB4 es un receptor expresado preferentemente por interneuronas que migran tangencialmente desde el telencéfalo ventral al dorsal [180] y por PV tanto embrionario como posnatal. expresando interneuronas con morfología de células candelabros y candelabros [212, 213]. En tono rimbombante, in vitro y en vivo Los experimentos de ganancia y pérdida de función demuestran que ErbB4 promueve la formación de sinapsis inhibidoras axo-axónicas sobre neuronas piramidales de forma autónoma [212]. Más evidencia sugiere que ErbB4 ejerce sus efectos sobre las interneuronas PV positivas: PV-ErbB4 - / - los ratones exhiben un fenotipo similar a la esquizofrenia muy parecido al de NRG1-nulo y ErbB4-nulo mutantes, estos ratones son hiperactivos y muestran una memoria de trabajo deteriorada [210]. La deleción de ErbB4 en las interneuronas PV positivas en estos ratones también da como resultado que se produzcan menos sinapsis en las neuronas piramidales [210], lo que demuestra la importancia de este receptor transmembrana (así como de la Neuregulina 1) para afectar el desarrollo adecuado de al menos un subconjunto de las interneuronas GABAérgicas.

Un gen adicional cuya alteración predispone a la esquizofrenia se identificó por primera vez en 2000 en una gran familia escocesa y se denominó Disrupted-In-Schizophrenia 1 (DISC1) [214]. La utilización de ratones DISC1 modificados genéticamente sirvió como modelo para enfermedades mentales como la esquizofrenia, y el análisis de estos ratones mostró que dominantes-negativos DISCO1 los ratones presentan anomalías del comportamiento y un déficit similar a la depresión [215]. Hikida et al También muestran de manera importante que DSC1 juega un papel en el desarrollo de interneuronas corticales que expresan PV: dominante-negativo DISCO1 los ratones poseen células piramidales con inmunorreactividad PV reducida en la corteza [215]. Otro estudio que utiliza la eliminación de DISCO1 ha generado los mismos resultados con respecto a la disminución de la inmunorreactividad de PV [216]. DISCO1 La caída de las neuronas piramidales de la corteza prefrontal durante las etapas pre y perinatal da como resultado una maduración dopaminérgica mesocortical posnatal anormal, así como anomalías del comportamiento relacionadas con la alteración de los circuitos corticales durante la edad adulta [216]. Una reseña reciente de Porteus et al ofrece un resumen detallado del progreso que varios grupos de investigación han logrado en la comprensión del papel que desempeña la proteína DISC1 en la neuroeñalización y el neurodesarrollo desde su descubrimiento inicial [217]. Si bien el papel específico que desempeña DISC1 en el mantenimiento del desarrollo de las interneuronas corticales aún no se ha dilucidado, está claro que es necesario para permitir el desarrollo adecuado de las interneuronas que expresan PV.

La disbindina es otro gen de susceptibilidad a la esquizofrenia, que desempeña un papel en el tráfico de receptores de dopamina [218]. Se descubrió que el análisis de ligamiento multipunto en una población irlandesa que muestra variación genética en el gen DTNBP1 de 6p22.3 (proteína 1 de unión a distrobrevina, el ortólogo humano de la disbindina) estaba asociado con la esquizofrenia, lo que estimuló una serie de investigaciones de este gen [219] . Los resultados de un estudio posterior indicaron que la reducción de DTNBP1, que se observa con frecuencia en la esquizofrenia, estaba relacionada con alteraciones glutamatérgicas en las conexiones intrínsecas de la formación del hipocampo [220]. Otro estudio corroboró el hallazgo de la reducción de la disbindina: los pacientes esquizofrénicos muestran niveles reducidos de ARNm de disbindina en múltiples capas de la corteza prefrontal dorsolateral en relación con los sujetos sanos [221]. En tono rimbombante, Dtnbp1Los ratones -knockout poseen interneuronas de picos rápidos que expresan PV cortical y estriatal con una reducción significativa de la excitabilidad [218]. Por lo tanto, esto da como resultado una disminución de la entrada inhibitoria a las neuronas piramidales en la capa V de la corteza prefrontal [218].

Si bien inicialmente se creía que tanto DISC1 como disbindina servían como genes independientes de susceptibilidad a la esquizofrenia, un estudio de 2011 investigó si las proteínas DISC1 y disbindina convergían en una vía común. Se observó la coagregación de las dos proteínas en cerebros post mortem de pacientes con enfermedades mentales, pero no de pacientes sanos, lo que demuestra que DISC1 y disbindina interactúan directamente entre sí a nivel molecular [222]. Está claro que hay muchos componentes genéticos implicados en el desarrollo de la esquizofrenia, cada uno de los cuales sirve para inclinar de alguna manera el equilibrio excitador-inhibidor dentro de los circuitos neuronales. También está claro cuán importante es el papel que juegan las interneuronas GABAérgicas en el mantenimiento de este equilibrio. Sin embargo, es importante recordar que esto es simplemente la punta del iceberg: hay muchos otros trastornos neuropsiquiátricos como la epilepsia, los trastornos del espectro autista y diversas discapacidades intelectuales, muchas de las cuales se revisan ampliamente en una revisión de la investigación de Marin. grupo [9], que posee algún tipo de alteración o alteración del equilibrio dentro del sistema nervioso en desarrollo.

Resumen

La población de interneuronas GABAérgicas en la corteza cerebral es claramente diversa, compuesta por muchos subtipos y funciones diferentes. Si bien cada subtipo interneuronal es característicamente único con respecto a la función, electrofisiología, perfil inmunohistoquímico, dirección axonal y patrón de disparo, las características superpuestas entre subtipos particulares hacen que el método de categorizar cada subconjunto de interneuronas GABAérgicas sea bastante desafiante. Los trabajos más recientes en el estudio de las interneuronas corticales se han centrado en la construcción de la red transcripcional de genes que participan en la especificación de estas interneuronas, en las etapas pre-migratorias dentro del subpallium, así como durante la fase migratoria de los precursores de interneuronas. Se deben realizar investigaciones adicionales para comprender los factores de transcripción específicos y las vías de señalización involucradas en la especificación del destino interneuronal. Más específicamente, se deben realizar estudios para comprender cómo se especifica el linaje de interneuronas que expresan 5HT3aR antes de la migración de estos progenitores interneuronales a la corteza cerebral, ya que es una proporción tan grande de la población de interneuronas. Además, no se sabe lo suficiente acerca de la especificación diferencial de los subgrupos positivos para PV y SST dentro del linaje de progenitores interneuronales que expresan Nkx2.1. La aparición de tecnologías genéticas de vanguardia debe utilizarse para apuntar a subtipos interneuronales específicos y comprender qué actores clave determinarán su destino y función. En un nivel más amplio, también deben llevarse a cabo investigaciones para comprender las diferencias en el origen y la especificación de las interneuronas GABAérgicas de los roedores y las humanas. Comprender los mecanismos detrás de la especificación de la interneurona GABAérgica humana puede permitir un gran paso adelante en el tratamiento de diversos trastornos neurológicos relacionados con alteraciones / disfunciones en poblaciones de interneuronas. También se justifica una mayor comprensión de los mecanismos por los cuales las interneuronas GABAérgicas pueden integrarse de manera adecuada y sin problemas en la corteza después de que se completa la migración.


POTENCIACIÓN A LARGO PLAZO MEDIANTE ESTIMULACIÓN THETA-RÁFAGA UTILIZANDO GRABACIONES DE CAMPO EXTRACELULARES EN REBANADAS HIPOCAMPALES AGUDAS

Existen varias ventajas de utilizar grabaciones de campo extracelular para el estudio de LTP. Primero, es un método relativamente simple que es adecuado incluso para electrofisiólogos principiantes con poca experiencia o experiencia. En segundo lugar, es una técnica relativamente no invasiva que no altera el medio interno de las neuronas. Esto contrasta con las grabaciones de células completas, en las que el experimentador corre el riesgo de eliminar sustancias que son esenciales para la LTP a medida que se dializa la célula (Malinow y Tsien 1990 Isaac et al. 1996). En tercer lugar, es posible generar grabaciones estables durante un largo período de tiempo, hasta varias horas, lo que es técnicamente más complicado con las grabaciones de células completas (Malinow y Tsien 1990 Watt et al. 2004 Sjöström y Häusser 2006). Finalmente, la variabilidad de la respuesta se reduce con mediciones de potencial de campo, que muestrean la actividad de un gran número de neuronas simultáneamente. Este promedio ayuda a producir rápidamente conjuntos de datos sólidos. Figura 1 en Protocolo: Potenciación a largo plazo por estimulación Theta-Burst utilizando registros de potencial de campo extracelular en cortes de hipocampo agudo (Abrahamsson et al. 2016) proporciona una comparación entre los potenciales postsinápticos excitadores de campo (fEPSP) y los EPSP de grabaciones de células completas.

La estimulación theta-burst es un paradigma de inducción de LTP muy influyente que se usa comúnmente porque se asemeja a la actividad fisiológica theta y porque es bastante robusto en regiones cerebrales tan diferentes como la neocorteza y el hipocampo (Kirkwood et al. 1993). Otro paradigma estándar de inducción de LTP utiliza estimulación ininterrumpida de alta frecuencia (tetanización) en lugar de estimulación theta-burst (por ejemplo, el estudio original de LTP de Bliss y Lømo [1973]).


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La interacción entre la corteza motora, la corteza sensorial, el tálamo y los ganglios basales es esencial para los cálculos neurales involucrados en la generación de movimientos voluntarios. Nuestro objetivo es diseccionar la organización funcional de los circuitos motores, en particular las redes de ganglios cortico-tálamo-basales, utilizando electrofisiología, microscopía de 2 fotones, optogenética y herramientas genéticas. El objetivo científico a largo plazo del laboratorio es construir diagramas de circuitos funcionales y establecer relaciones causales entre la actividad en grupos específicos de neuronas, la función del circuito, el comportamiento motor animal y el aprendizaje motor, y así descifrar cómo los ganglios basales procesan la información y guían el motor. comportamiento. Lo lograremos investigando la organización y función sinápticas que involucran la corteza, el tálamo y los ganglios basales a nivel molecular, celular y de circuito. Actualmente, nos centramos en varias preguntas:
¿Cómo se integran las entradas excitadoras e inhibidoras en el cuerpo estriado?
¿Cómo equilibran las inhibiciones locales recurrentes y de retroalimentación la excitación en el cuerpo estriado?
¿Cómo se modulan los mapas funcionales en el comportamiento motor y el aprendizaje motor?
Nuestro objetivo es cerrar la brecha entre los eventos moleculares o celulares y los mecanismos del circuito que subyacen al comportamiento motor. Además, nuestro objetivo es ayudar aún más a construir los detalles de los "diagramas de circuitos" del trastorno psicomotor, como los cambios fisiopatológicos en la enfermedad de Parkinson.

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    Daniel Bloodgood, Fuu Jiun Hwang, Di Lu, Richard Roth, Mengjun Sheng, Yue Sun
  • Asesor de Tesis Doctoral (AC)
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  • Co-Asesor de Tesis Doctoral (AC)
    Stephen Evans, David Wang

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  • Modulación del microambiente eléctrico y mecánico para guiar la diferenciación de células madre neuronales CIENCIA AVANZADA Oh, B., Wu, Y., Swaminathan, V., Lam, V., Ding, J., George, P. M. 2021

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La aplicación de células madre pluripotentes inducidas (iPSC) en el modelado de enfermedades y la medicina regenerativa puede verse limitada por los tiempos prolongados necesarios para la diferenciación neuronal humana funcional y las técnicas tradicionales de cultivo 2D. Aquí, se presenta un andamio de grafeno conductor (CGS) para modular las señales mecánicas y eléctricas para promover las neuronas humanas derivadas de iPSC. El CGS suave con rigidez similar a la corteza (≈3 kPa) y estimulación eléctrica (± 800 mV / 100 Hz durante 1 h) incurre en una mejora de cinco veces en la tasa (14d) de generación de neuronas derivadas de iPSC sobre algunos protocolos tradicionales, con una aumento de marcadores celulares maduros y características electrofisiológicas.De acuerdo con otras condiciones de cultivo, se encuentra que los efectos pro-neurogénicos de los estímulos mecánicos y eléctricos se basan en la señalización RhoA / ROCK y la producción de factor neurotrófico ciliar de novo (CNTF), respectivamente. Por lo tanto, el sistema CGS crea un nicho físico combinado y eléctrico continuamente modificable para generar neuronas derivadas de iPSC de manera eficiente y rápida.

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Los comportamientos están indisolublemente ligados al estado interno. Hemos identificado un mecanismo neuronal que vincula el comportamiento sexual femenino con el estro, la fase ovulatoria del ciclo estral. Encontramos que las neuronas que expresan el receptor de progesterona (PR) en el hipotálamo ventromedial (VMH) están activas y son necesarias durante este comportamiento. La activación de estas neuronas, sin embargo, no provoca comportamiento sexual en hembras sin estro. Mostramos que las proyecciones de neuronas PR + VMH al núcleo periventricular anteroventral (AVPV) cambian a lo largo del ciclo estral de ratón de 5 días, con 3 veces más conexiones terminales y funcionales durante el estro. Este aumento cíclico de la conectividad se encuentra en las hembras adultas, pero no en los machos, y está regulado por la señalización de estrógenos en las neuronas PR + VMH. Además, mostramos que estas conexiones son esenciales para el comportamiento sexual en mujeres receptivas. Por lo tanto, la plasticidad estructural regulada por los estrógenos de las conexiones conductuales sobresalientes en el cerebro de la mujer adulta vincula el comportamiento sexual con la fase de celo del ciclo estral.

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La vesícula sináptica y las proteínas de la zona activa son necesarias para la sinaptogénesis. No se conocen los mecanismos moleculares para la síntesis coordinada de estas proteínas. Utilizando pantallas genéticas avanzadas, identificamos el complejo de exportación nuclear THO conservado (THOC) como un importante regulador del desarrollo de presinapsis en las neuronas dopaminérgicas de C.elegans. En los mutantes THOC, los ARN mensajeros sinápticos se retienen en el núcleo, lo que da como resultado una disminución drástica de la expresión de la proteína sináptica, una pérdida casi completa de las sinapsis y una función de la dopamina comprometida. La proteína de unión a CRE (CREB) interactúa con THOC para marcar las transcripciones sinápticas para una exportación nuclear eficiente. La deleción de Thoc5, una subunidad de THOC, en neuronas dopaminérgicas de ratón provoca graves defectos en el mantenimiento de la sinapsis y la muerte neuronal posterior en la sustancia negra compacta. Estos defectos celulares conducen a la anulación de la liberación de dopamina, ataxia y muerte animal. Juntos, nuestros resultados argumentan que los mecanismos de exportación nuclear pueden seleccionar ARNm específicos y ser un paso limitante para la diferenciación neuronal y la supervivencia.

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Las neuronas de proyección espinosa estriatal (SPN) reciben entradas sinápticas excitatorias convergentes de la corteza y el tálamo. La activación de entradas excitatorias agrupadas espacialmente y sincronizadas temporalmente en las dendritas distales podría desencadenar potenciales de meseta en los SPN. Tal integración sináptica supralineal es crucial para el cálculo dendrítico. Sin embargo, se desconoce cómo interactúan los potenciales de meseta con las subsiguientes entradas sinápticas excitatorias e inhibitorias. Combinando simulación computacional, imágenes de dos fotones, optogenética y liberación de glutamato y GABA en dos colores, demostramos que los potenciales de meseta pueden ampliar la ventana espacio-temporal para integrar entradas excitadoras y promover picos. La ventana temporal de picos puede controlarse delicadamente mediante la inhibición GABAérgica de una manera específica del tipo de célula. Este sutil control inhibitorio del potencial de meseta depende de la ubicación y la cinética de las entradas GABAérgicas y se logra mediante el equilibrio entre el alivio y el restablecimiento del bloqueo del receptor NMDA Mg2 +. Estos hallazgos representan un mecanismo para controlar la integración sináptica espacio-temporal en SPN.

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Las neuronas dopaminérgicas del mesencéfalo son un componente esencial del circuito de los ganglios basales y desempeñan un papel clave en el control del movimiento fino y la recompensa. Recientemente, se ha demostrado que el ácido γ-aminobutírico (GABA), el principal neurotransmisor inhibidor, es co-liberado por las neuronas dopaminérgicas. Aquí, mostramos que la liberación conjunta de GABA en neuronas de dopamina no utiliza las enzimas sintetizadoras de GABA convencionales, glutamato descarboxilasas GAD65 y GAD67. Nuestros experimentos revelan una vía de síntesis de GABA conservada evolutivamente mediada por la aldehído deshidrogenasa 1a1 (ALDH1a1). Además, la liberación conjunta de GABA está modulada por el etanol (EtOH) en las concentraciones que se observan en el alcohol en sangre después de beber en exceso, y la disminución de ALDH1a1 conduce a un mayor consumo y preferencia de alcohol. Estos hallazgos proporcionan información sobre el papel funcional de la liberación conjunta de GABA en las neuronas de dopamina del mesencéfalo, que pueden ser esenciales para el comportamiento basado en recompensas y la adicción.

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Las adaptaciones dinámicas en la plasticidad sináptica son fundamentales para aprender nuevas habilidades motoras y mantener la memoria durante toda la vida, que rápidamente declinan con la enfermedad de Parkinson (EP). La plasticidad en la corteza motora es importante para la adquisición y el mantenimiento de las habilidades motoras, pero no se comprende bien cómo la pérdida de dopamina en la EP conduce a una plasticidad estructural y funcional alterada en la corteza motora. Aquí utilizamos modelos de ratón de la EP y de imágenes de dos fotones para mostrar que el agotamiento de la dopamina resultó en cambios estructurales en la corteza motora. Además, descubrimos que la señalización del receptor de dopamina D1 y D2 regulaba selectiva y claramente estos cambios aberrantes en la plasticidad estructural y funcional. Nuestros hallazgos sugieren que la señalización de los receptores D1 y D2 regulan la plasticidad de la corteza motora, y la pérdida de dopamina da como resultado adaptaciones sinápticas atípicas que pueden contribuir al deterioro del rendimiento motor y la memoria motora observada en la EP.

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La microscopía de iluminación estructurada (SIM) es un método bien establecido para el seccionamiento óptico y la superresolución. El núcleo de la iluminación estructurada está utilizando un patrón periódico para excitar las señales de la imagen. Este trabajo informa un método para estimar distorsiones de patrones menores a partir de los datos de la imagen sin procesar y corregir estas distorsiones durante el procesamiento de imágenes SIM. El método se probó con datos de imágenes simulados y experimentales de la hoja de luz de Bessel de dos fotones SIM. Los resultados demuestran que el método es eficaz en situaciones difíciles, donde existe un fuerte fondo de dispersión, la SNR es baja y la estructura de la muestra es escasa. Los resultados experimentales demuestran la restauración de las estructuras sinápticas en el tejido cerebral profundo, a pesar de la presencia de una fuerte dispersión de luz y una distorsión del patrón SIM inducida por el tejido. Este artículo está protegido por derechos de autor. Reservados todos los derechos.

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Las grabaciones eléctricas multicanal de la actividad neuronal en el cerebro es un método cada vez más poderoso que revela nuevos aspectos de la comunicación neuronal, la computación y la prótesis. Sin embargo, mientras que los dispositivos CMOS planos basados ​​en silicio en la electrónica convencional escalan rápidamente, los dispositivos de interfaz neuronal no han seguido el ritmo. Aquí, presentamos una nueva estrategia para interconectar chips basados ​​en silicio con matrices de microalambres tridimensionales, proporcionando el vínculo entre la electrónica de rápido desarrollo y las interfaces neuronales de alta densidad. El sistema consta de un conjunto de microcables acoplados a matrices de microelectrodos a gran escala, como chips de cámara. Este sistema tiene un rendimiento de grabación excelente, demostrado a través de grabaciones de potencial de campo local y de una sola unidad en retina aislada y en la corteza motora o el cuerpo estriado de ratones despiertos en movimiento. El diseño modular permite integrar una variedad de tipos y tamaños de microalambres con diferentes tipos de matrices de píxeles, conectando el rápido progreso del hardware comercial de multiplexación, digitalización y adquisición de datos junto con una interfaz neuronal tridimensional.

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El control de la acción es una función clave del cerebro que determina la supervivencia de los animales en su entorno. En los mamíferos, las neuronas que expresan los receptores D2 de dopamina (D2R) en el cuerpo estriado dorsal (DS) y el núcleo accumbens (Acb) contribuyen de manera conjunta pero diferencial a la regulación fina del movimiento. Sin embargo, actualmente se desconocen sus características moleculares específicas de la región. Al combinar RNAseq de neuronas D2R estriatales y análisis histológicos, identificamos cientos de nuevos marcadores moleculares específicos de la región, que pueden servir como herramientas para apuntar a subpoblaciones selectivas. Como prueba de concepto, caracterizamos la identidad molecular de un subcircuito definido por neuronas WFS1 y evaluamos múltiples tareas de comportamiento después de su eliminación controlada temporalmente de D2R. En consecuencia, los ratones knockout D2R condicional mostraron una reducción significativa en el comportamiento de excavación y una respuesta hiperlocomotora exacerbada a la anfetamina. Por lo tanto, los análisis moleculares dirigidos revelan una heterogeneidad imprevista en las poblaciones neuronales estriatales que expresan D2R, que subyacen a las características funcionales específicas de D2R en el control de conductas motoras específicas.

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¿Cómo han evolucionado los cerebros complejos a partir de circuitos simples? Aquí investigamos la evolución de la región del cerebro con una resolución de tipo celular en los núcleos cerebelosos, las estructuras de salida del cerebelo. Usando secuenciación de ARN de núcleo único en ratones, pollos y humanos, así como análisis transcriptómico espacial STARmap y rastreo de proyección del sistema nervioso central completo, identificamos un conjunto de tipo celular conservado que contiene dos clases de neuronas excitadoras específicas de región y tres regiones- clases de neuronas inhibidoras invariantes. Este conjunto constituye un núcleo cerebeloso arquetípico que se duplicó repetidamente para formar nuevas regiones. La clase de células excitadoras que canaliza preferentemente la información a las cortezas frontales laterales en ratones se vuelve predominante en el núcleo lateral humano masivamente expandido. Nuestros datos sugieren un modelo de evolución de la región del cerebro por duplicación y divergencia de conjuntos completos de tipos de células.

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La interrogación óptica de voltaje en ubicaciones profundas del cerebro con resolución celular sería inmensamente útil para comprender cómo los circuitos neuronales procesan la información. Aquí, informamos ASAP3, un indicador de voltaje codificado genéticamente con 51% de modulación de fluorescencia por voltajes fisiológicos, cinética de activación de submilisegundos y capacidad de respuesta completa bajo excitación de dos fotones. También presentamos un método de excitación de volumen local ultrarrápido (ULoVE) para el muestreo in vivo de dos fotones a velocidad de kilohercios con mayor estabilidad y sensibilidad. Combinando una variante ASAP3 dirigida a soma y ULoVE, mostramos un seguimiento de prueba única de picos y eventos subumbrales durante minutos en ubicaciones profundas, con resolución subcelular y con muestreo repetido durante días. En la corteza visual, utilizamos ASAP3 dirigido a soma para ilustrar la modulación subumbral dependiente del tipo de célula por locomoción. Por lo tanto, ASAP3 y ULoVE permiten el registro óptico de alta velocidad de la actividad eléctrica en neuronas definidas genéticamente en ubicaciones profundas durante el comportamiento despierto.

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La creciente evidencia en modelos animales indica el potencial de rejuvenecimiento de las funciones celulares y cognitivas en el cerebro envejecido. Sin embargo, la capacidad de utilizar este potencial se basa en la identificación de dianas moleculares que revierten los efectos del envejecimiento en regiones vulnerables del cerebro, como el hipocampo. La modificación dinámica postraduccional N-acetilglucosamina ligada a O (O-GlcNAc) ha surgido como un objetivo atractivo para regular las alteraciones sinápticas específicas del envejecimiento, así como la neurodegeneración. Si bien existe especulación sobre el papel de O-GlcNAc en afecciones neurodegenerativas, como la enfermedad de Alzheimer, su papel en el envejecimiento cerebral fisiológico permanece en gran parte inexplorado. Aquí, informamos que contrarrestar la disminución de la expresión de O-GlcNAc transferasa (OGT) relacionada con la edad y la O-GlcNAcilación mejora los deterioros cognitivos en ratones de edad avanzada. Imitando una condición envejecida en adultos jóvenes mediante la abrogación de OGT, utilizando un modelo de ratón knockout condicional específico de neuronas controlado temporalmente, recapituló las características celulares y cognitivas del envejecimiento cerebral. Por el contrario, la sobreexpresión de OGT en neuronas del hipocampo maduras utilizando un enfoque mediado por virus mejoró la memoria asociativa del miedo en ratones adultos jóvenes. Curiosamente, en ratones envejecidos que sobreexpresan OGT neuronal en el hipocampo envejecido se rescataron en parte las deficiencias relacionadas con la edad en el aprendizaje espacial y la memoria, así como la memoria asociativa del miedo. Nuestros datos identifican a O-GlcNAcylaton como un mediador molecular clave que promueve el rejuvenecimiento cognitivo.

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Las neuronas de picos rápidos (FS) pueden disparar potenciales de acción (AP) de hasta 1000 Hz y desempeñar papeles clave en funciones vitales como la ubicación del sonido, la coordinación motora y la cognición. Aquí informamos que las acciones concertadas de los canales de K + (Kv) y Na + (Nav) regulados por voltaje Kv3 son suficientes y necesarios para inducir y mantener FS. El análisis de pinza de voltaje reveló una sólida correlación entre la relación de corriente Kv3 / Nav y FS. La expresión de canales Kv3 por sí sola podría convertir 30% -60% de neuronas de picos lentos (SS) en FS en cultivo. Por el contrario, la coexpresión de Nav1.2 o Nav1.6 junto con Kv3.1 o Kv3.3, pero no solo o con Kv1.2, convirtió SS en FS con una eficiencia del 100%. Además, el análisis de todo el genoma basado en la secuenciación de ARN reveló que la relación Kv3 / Nav y los niveles de expresión de Kv3 se correlacionaron fuertemente con las frecuencias máximas de AP. Por lo tanto, FS se establece mediante las actividades adecuadamente equilibradas de los canales Kv3 y Nav y podría ajustarse aún más mediante las características biofísicas del canal y los patrones de localización.

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Se plantea la hipótesis de que la pérdida de dopamina en la enfermedad de Parkinson impide el movimiento al inducir hipo e hiperactividad en las neuronas de proyección espinosa estriatal (SPN) de las vías directas (dSPN) e indirectas (iSPN) en los ganglios basales, respectivamente. El desequilibrio opuesto podría subyacer a las anomalías hipercinéticas, como la discinesia causada por el tratamiento de la enfermedad de Parkinson con el precursor de la dopamina L-DOPA. Aquí monitoreamos miles de SPN en ratones que se comportan, antes y después del agotamiento de la dopamina y durante la discinesia inducida por L-DOPA. Normalmente, los grupos entremezclados de dSPN e iSPN coactivaron antes del movimiento. El agotamiento de la dopamina desequilibró las tasas de actividad de SPN e interrumpió los grupos de iSPN que codifican el movimiento. Al igualar su eficacia clínica, la L-DOPA o el agonismo del receptor de dopamina D2 revirtieron estas anomalías de manera más eficaz que el agonismo del receptor de dopamina D1. La fisiopatología opuesta surgió en la discinesia inducida por L-DOPA, durante la cual las iSPN mostraron hipoactividad y las dSPN mostraron hiperactividad no agrupada. Por lo tanto, tanto los perfiles espacio-temporales como las tasas de actividad del NPS parecen ser cruciales para la función estriatal, y los tratamientos de próxima generación para los trastornos de los ganglios basales deben apuntar a ambas facetas de la actividad estriatal.

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En la enfermedad de Parkinson (EP), el agotamiento de la dopamina causa cambios importantes en el cerebro, lo que resulta en las características motoras cardinales típicas de la enfermedad. La neuropatología de la EP se ha restringido a los exámenes post mortem, que se limitan a un solo momento de progresión de la EP. Los modelos de EP en los que el tono de la dopamina en el cerebro se altera química o físicamente son herramientas valiosas para comprender los mecanismos de la enfermedad. Los ganglios basales se han estudiado bien en el contexto de la EP, y los cambios de circuito en respuesta a la pérdida de dopamina se han relacionado con las disfunciones motoras en la EP. Sin embargo, la etiología de las disfunciones cognitivas que son comórbidas en los pacientes con EP no ha sido clara hasta ahora. En este artículo, revisamos estudios recientes que exploran cómo el agotamiento de la dopamina afecta la corteza motora a nivel sináptico. En particular, destacamos nuestros hallazgos recientes sobre la dinámica anormal de la columna en la corteza motora de los modelos de ratón con EP a través de ensayos de imagen de lapso de tiempo in vivo y ensayos de comportamiento de habilidades motoras. En combinación con estudios previos, el papel de la corteza motora en el aprendizaje de habilidades y el deterioro de esta capacidad con la pérdida de dopamina se están volviendo más evidentes. En conjunto, concluimos con una discusión sobre el papel potencial de la corteza motora en la EP, con la posibilidad de apuntar a la corteza motora para futuras terapias de la EP. © 2017 Sociedad Internacional de Parkinson y Trastornos del Movimiento.

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En este número de Neuron, Moehle et al. (2017) demuestran que los receptores muscarínicos presinápticos contrarrestan los efectos de la dopamina en un núcleo de salida de los ganglios basales. Proporcionan mecanismos intracelulares, anatómicos y a nivel de red para esta interacción colinérgica-dopaminérgica.

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El estrés, una experiencia frecuente en la sociedad moderna, es un factor de riesgo importante para muchos trastornos psiquiátricos. Aunque las anomalías sensoriomotoras suelen estar presentes en estos trastornos, se sabe poco sobre cómo el estrés afecta la corteza sensorial. Combinando análisis de comportamiento con imágenes sinápticas in vivo, mostramos que las experiencias estresantes conducen a la pérdida progresiva y agrupada de espinas dendríticas a lo largo de las dendritas apicales de la capa (L) 5 de neuronas piramidales (NP) en la corteza del barril del ratón, y tal pérdida de la columna se asocia estrechamente con desempeño deteriorado en una tarea de discriminación de textura dependiente del bigote. Además, la actividad de las interneuronas inhibidoras que expresan parvalbúmina (PV + IN) disminuye en el ratón estresado debido a la excitabilidad reducida de estas neuronas. Es importante destacar que tanto los defectos de comportamiento como los cambios estructurales de las NP L5 se evitan mediante la activación farmacogenética selectiva de PV + IN en la corteza del barril durante el estrés. Finalmente, los ratones estresados ​​criados bajo enriquecimiento ambiental (EE) mantienen la activación normal de PV + IN, la discriminación de textura normal y la dinámica de la columna vertebral L5 PN similar a los ratones EE sin estrés. Nuestros hallazgos sugieren que el circuito inhibidor de PV + es crucial para la dinámica sináptica normal en la corteza del barril del ratón y la función sensorial. Los enfoques farmacológicos, farmacogenéticos y ambientales para prevenir las conductas desadaptativas inducidas por el estrés y las disfunciones sinápticas convergen en la regulación de la actividad PV + IN, lo que apunta a un posible objetivo terapéutico para los trastornos relacionados con el estrés.Publicación en línea del avance de Molecular Psychiatry, 1 de agosto de 2017 doi: 10.1038 / mp.2017.159.

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Los circuitos neuronales que involucran neuronas dopaminérgicas (DA) del mesencéfalo regulan las conductas de recompensa y dirigidas a objetivos. Aunque se sabe que la entrada GABAérgica local modula los circuitos de DA, el mecanismo que controla el equilibrio sináptico excitador / inhibitorio en las neuronas de DA sigue sin estar claro. Aquí, mostramos que las neuronas DA utilizan la señalización del factor de crecimiento transformante autocrino β (TGF-β) para promover el crecimiento de axones y dendritas. Sorprendentemente, la eliminación del receptor de TGF-β tipo II en las neuronas DA también altera el equilibrio en la expresión de TGF-β1 en las neuronas DA y las neuronas GABAérgicas vecinas, lo que aumenta la entrada inhibitoria, reduce la entrada sináptica excitadora y altera los patrones de activación fásica en las neuronas DA. Los ratones que carecen de la señalización de TGF-β en las neuronas DA son hiperactivos y muestran inflexibilidad para renunciar a los comportamientos aprendidos y restablecer nuevas asociaciones de estímulo-recompensa. Estos resultados apoyan el papel del TGF-β en la regulación del delicado equilibrio de la entrada sináptica excitadora / inhibidora en microcircuitos locales que involucran neuronas DA y GABAérgicas y sus posibles contribuciones a los trastornos neuropsiquiátricos.

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Se requieren cambios en la plasticidad de los ganglios basales a nivel corticoestriatal y talamostriatal para el aprendizaje motor. Se sabe que la depresión a largo plazo dependiente de endocannabinoides (eCB-LTD) es una forma dominante de plasticidad sináptica expresada en estas entradas glutamatérgicas, sin embargo, aún es discutible si eCB-LTD puede inducirse en todas las entradas en todas las neuronas estriatales. Utilizando líneas de ratón Cre específicas de la región combinadas con técnicas optogenéticas, investigamos y distinguimos directamente entre proyecciones corticoestriatales y talamostriatales.Encontramos que eCB-LTD se indujo con éxito en las sinapsis corticoestriatales, independientemente del subtipo de neurona de proyección espinosa estriatal postsináptica (SPN). Por el contrario, eCB-LTD solo estaba presente nominalmente en las sinapsis talamostriatales. Esta dicotomía se atribuyó a la mínima expresión de los receptores cannabinoides tipo 1 (CB1) en las terminales talamostriatales. Además, la coactivación de los receptores de dopamina en los SPN durante la inducción de LTD restableció eCB-LTD dependiente del subtipo de SPN. En conjunto, nuestros hallazgos sientan las bases para comprender la plasticidad sináptica corticoestriatal y talamostriatal y para el eCB-LTD estriatal en el aprendizaje motor.

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La microscopía de escaneo láser de dos fotones (2PLSM) permite obtener imágenes de fluorescencia en muestras biológicas gruesas donde la absorción y la dispersión suelen degradar la resolución y la recolección de señales de los enfoques de imágenes de un fotón. La resolución espacial del 2PLSM convencional está limitada por la difracción, y las longitudes de onda del infrarrojo cercano utilizadas para la excitación en 2PLSM impiden la obtención de imágenes precisas de muchos pequeños compartimentos subcelulares de neuronas. La microscopía de agotamiento de emisión estimulada (STED) es una modalidad de imágenes de superresolución que supera el límite de resolución impuesto por la difracción y permite obtener imágenes de fluorescencia de características a nanoescala. Aquí, describimos el diseño y el funcionamiento de un microscopio de dos fotones de superresolución que utiliza excitación pulsada y láseres STED. Examinamos la dependencia de la profundidad de las imágenes STED en cortes de tejido agudo y encontramos una mejora de la resolución 2P que va desde aproximadamente cinco veces a 20 μm hasta aproximadamente el doble a 90 μm de profundidad. Se encuentra que la dependencia de la profundidad de la resolución es consistente con la dependencia de la profundidad de la eficiencia de agotamiento, lo que sugiere que la resolución está limitada por la propagación del láser STED a través del tejido turbio. Finalmente, logramos imágenes en vivo de las espinas dendríticas con una resolución de 60 nm y demostramos que nuestra técnica permite una cuantificación precisa de la morfología neuronal hasta 30 μm de profundidad en el tejido cerebral vivo.

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La sustancia negra pars compacta y el área tegmental ventral contienen las dos poblaciones más grandes de neuronas liberadoras de dopamina en el cerebro de los mamíferos. Estas neuronas extienden elaboradas proyecciones en el cuerpo estriado, una gran estructura subcortical implicada en la planificación motora y el aprendizaje basado en recompensas. Se cree que la activación fásica de neuronas dopaminérgicas en respuesta a estímulos salientes o que predicen recompensa modula la producción estriatal a través de la liberación de dopamina para promover y reforzar la acción motora. Aquí mostramos que la activación de las neuronas de dopamina en cortes estriatales inhibe rápidamente la activación del potencial de acción en las neuronas de proyección estriatal de vía directa e indirecta a través de la liberación vesicular del transmisor inhibidor GABA (ácido γ-aminobutírico). GABA se libera directamente de los axones dopaminérgicos pero de una manera que es independiente del transportador vesicular de GABA VGAT. En cambio, la liberación de GABA requiere la actividad del transportador vesicular de monoaminas VMAT2, que es el transportador vesicular de la dopamina. Además, la expresión de VMAT2 en neuronas GABAérgicas que carecen de VGAT es suficiente para mantener la liberación de GABA. Así, estos hallazgos amplían el repertorio de mecanismos sinápticos utilizados por las neuronas dopaminérgicas para influir en los circuitos de los ganglios basales, muestran un nuevo sustrato cuyo transporte depende de VMAT2 y demuestran que GABA puede funcionar como un cotransmisor de buena fe en neuronas monoaminérgicas.

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La actividad de las neuronas AgRP impulsa la alimentación y el aumento de peso, mientras que la de las neuronas POMC cercanas hace lo contrario. Sin embargo, se desconoce el papel de la entrada glutamatérgica excitadora en el control de estas neuronas. Para abordar esta pregunta, generamos ratones que carecen de receptores NMDA (NMDAR) en neuronas AgRP o POMC. La eliminación de NMDAR de las neuronas AgRP redujo notablemente el peso, la grasa corporal y la ingesta de alimentos, mientras que la eliminación de las neuronas POMC no tuvo ningún efecto. La activación de las neuronas de AgRP en ayunas, según lo evaluado por la expresión de ARNm de c-Fos, Agrp y Npy, EPSC mediadas por receptor de AMPA, tasas de despolarización y disparo, requirió NMDAR. Además, las neuronas AgRP, pero no las POMC, tienen espinas dendríticas y el aumento de la entrada glutamatérgica en las neuronas AgRP causadas por el ayuno fue paralelo a un aumento de las espinas, lo que sugiere sinaptogénesis y espinogénesis inducidas por el ayuno. Por lo tanto, la transmisión sináptica glutamatérgica y su modulación por NMDAR juegan un papel clave en el control de las neuronas AgRP y en la determinación de la respuesta celular y conductual al ayuno.

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La formación adecuada de la conectividad sináptica en el cerebro de los mamíferos es fundamental para el comportamiento complejo. En el cuerpo estriado, se requiere una transmisión sináptica excitadora equilibrada de múltiples fuentes a dos clases de neuronas principales para el control motor coordinado y voluntario. Aquí mostramos que la interacción entre la semaforina 3E secretada (Sema3E) y su receptor Plexin-D1 es un determinante crítico de la especificidad sináptica en circuitos cortico-tálamo-estriatales en ratones. Encontramos que Sema3e (que codifica Sema3E) está altamente expresado en neuronas de proyección talamostriatal, mientras que en el cuerpo estriado Plxnd1 (que codifica Plexin-D1) se expresa selectivamente en neuronas espinosas medias (MSN) de vía directa. A pesar de la mezcla física de los MSN, la ablación genética de Plxnd1 o Sema3e da como resultado un reordenamiento funcional y anatómico de las sinapsis talamostriatales específicamente en MSN de vía directa sin efectos sobre las sinapsis corticoestriatales. Por lo tanto, nuestros resultados demuestran que Sema3E y Plexin-D1 especifican el grado de conectividad glutamatérgica entre una fuente específica y un objetivo en el circuito complejo de los ganglios basales.

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Las interneuronas colinérgicas estriatales son moduladores fundamentales de los circuitos estriatales implicados en la selección de acciones y la toma de decisiones. Aunque los receptores nicotínicos son importantes transductores de la liberación de acetilcolina en el cuerpo estriado, los receptores muscarínicos son más penetrantes y se han estudiado más a fondo. En esta revisión, se discutirán los efectos de la señalización del receptor muscarínico sobre los principales tipos de células en el cuerpo estriado y sus circuitos canónicos, destacando nuevos conocimientos sobre su papel en la integración sináptica y la plasticidad. Estos estudios, y los que han identificado nuevos elementos del circuito impulsados ​​por la activación de los receptores nicotínicos, dejan en claro que la actividad de patrón temporal en las interneuronas colinérgicas debe desempeñar un papel importante en la determinación de los efectos sobre los circuitos estriatales. Estos efectos podrían ser críticos para la respuesta a los estímulos ambientales sobresalientes que sirven para dirigir la conducta.

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Las interneuronas moduladoras, como la interneurona colinérgica, son siempre un tema de estudio desconcertante. Lejos de distinciones claras como excitadoras o inhibitorias, las interneuronas moduladoras pueden tener muchos efectos, a menudo contradictorios. El cuerpo estriado es una de las áreas del cerebro que más densamente expresa los marcadores colinérgicos, y la actilcolina (ACh) juega un papel importante en la regulación de la transmisión sináptica y la excitabilidad celular. Todos los tipos de células del cuerpo estriado tienen receptores para ACh. Sin embargo, incluso para un tipo de célula determinado, la ACh que afecta a diferentes receptores puede tener funciones aparentemente opuestas. Esta revisión destaca los efectos relevantes de la ACh en las neuronas espinosas medianas (MSN) del cuerpo estriado y sugiere cómo sus muchos efectos pueden funcionar en conjunto para modular las propiedades de activación de la MSN.

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Los estímulos sobresalientes redirigen la atención y suprimen la actividad motora en curso. Se cree que este cambio de atención depende de las señales del tálamo al cuerpo estriado para cambiar la selección de acción impulsada corticalmente, pero los mecanismos de red que subyacen a esta interacción no están claros. Usando una preparación de corte de cerebro que preservaba la conectividad cortico-y talamostriatal, se encontró que la activación de los axones talamostriatales de una manera que imitaba la respuesta a estímulos sobresalientes inducía un estallido de picos en las interneuronas colinérgicas estriatales que fue seguido por una pausa que duró más de la mitad. un segundo. Esta actividad interneuronal modelada desencadenó una supresión presináptica transitoria de la entrada cortical a las dos clases principales de neurona espinosa media principal (MSN) que dio paso a una mejora prolongada de la capacidad de respuesta postsináptica en las MSN estriatopallidales que controlan la supresión motora. Esta regulación diferencial de los circuitos corticoestriatales proporciona un sustrato neuronal para los cambios de atención y el cese de la actividad motora en curso con la aparición de estímulos ambientales sobresalientes.

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La microscopía de barrido láser de dos fotones (2PLSM) ha permitido obtener imágenes de fluorescencia sin precedentes de la estructura y función neuronal dentro del tejido neural. Sin embargo, la resolución de este enfoque es pobre en comparación con la de la microscopía confocal convencional. Aquí, demostramos 2PLSM de supraresolución dentro de cortes de cerebro. La obtención de imágenes más allá del límite de difracción se logra mediante el uso de láseres de infrarrojo cercano (NIR) tanto para la excitación pulsada de dos fotones como para el agotamiento de la emisión estimulada por onda continua (STED). Además, demostramos que Alexa Fluor 594, un fluoróforo brillante comúnmente utilizado para imágenes de fluorescencia de células vivas y tejidos fijos, es adecuado para STED 2PLSM. La microscopía de supraresolución STED 2PLSM logra una mejora de aproximadamente 3 veces en la resolución en la dirección radial sobre la 2PLSM convencional, revelando un mayor detalle en la estructura de las espinas dendríticas ubicadas aproximadamente 100 micrones debajo de la superficie de los cortes de cerebro. Teóricamente se pueden lograr más mejoras en la resolución, lo que sugiere que STED 2PLSM permitirá la obtención de imágenes a nanoescala de estructuras neuronales ubicadas en tejido cerebral relativamente intacto.

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Las dos principales entradas glutamatérgicas excitatorias a las neuronas espinosas del medio estriado (MSN) surgen de neuronas en la corteza cerebral y el tálamo. Aunque se han realizado muchos estudios electrofisiológicos de las sinapsis glutamatérgicas de MSN, se sabe poco acerca de las diferencias entre las sinapsis corticoestriatales y talamostriatales. Usando cortes de cerebro de ratón que permitieron que cada tipo de sinapsis se activara selectivamente, se utilizaron enfoques electrofisiológicos para caracterizar sus propiedades en los MSN estriatopallidales y estriatonigrales identificados. En las sinapsis corticoestriatales, una sola descarga aferente aumentó el glutamato liberado por una descarga posterior, lo que llevó a una mayor despolarización postsináptica con estimulación repetitiva. Esto fue cierto para los MSN estriatonigrales y estriatopallidales. Por el contrario, en las sinapsis talamostriatales, una sola descarga aferente disminuyó el glutamato liberado por una descarga posterior, lo que provocó una despolarización postsináptica deprimida con estimulación repetitiva. Nuevamente, este patrón de respuesta fue el mismo en los MSN estriatonigrales y estriatopallidales. Estas diferencias en la probabilidad de liberación y la plasticidad sináptica a corto plazo sugieren que los sistemas de proyección corticoestriatal y talamostriatal codifican información de formas temporalmente distintas, lo que limita la forma en que regulan los circuitos estriatales.

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Hace veinte años, las neuronas colinérgicas estriatales eran figuras centrales en los modelos de función de los ganglios basales. Pero desde entonces, han perdido importancia. Es probable que los estudios recientes conduzcan a su resurgimiento en nuestro pensamiento. Se ha implicado a las interneuronas colinérgicas como actores clave en la inducción de la plasticidad sináptica y el aprendizaje motor, así como en la disfunción motora. En la enfermedad de Parkinson y la distonía, la señalización dopaminérgica estriatal disminuida conduce a una mayor liberación de acetilcolina por las interneuronas, distorsionando la función de la red e induciendo cambios estructurales que sin duda contribuyen a los síntomas. Por el contrario, en la enfermedad de Huntington y la parálisis supranuclear progresiva, hay una disminución de los marcadores colinérgicos estriatales. Esta revisión ofrece una descripción general de estos estudios clínicos y experimentales recientes, ubicándolos en el contexto de la patogenia de los trastornos del movimiento.

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La dopamina da forma a una amplia variedad de funciones psicomotoras. Esto se logra principalmente mediante la modulación de señales glutamatérgicas corticales y talámicas que inciden sobre las principales neuronas espinosas medianas (MSN) del cuerpo estriado. Varias líneas de evidencia sugieren que la señalización del receptor D1 de dopamina mejora la excitabilidad dendrítica y la señalización glutamatérgica en los MSN estriatonigrales, mientras que la señalización del receptor D2 ejerce el efecto opuesto en los MSN estriatopallidales. El antagonismo funcional entre estos dos principales receptores de dopamina estriatal se extiende a la regulación de la plasticidad sináptica. Estudios recientes, utilizando ratones transgénicos en los que las células expresan receptores D1 y D2, han descubierto diferencias poco apreciadas entre las MSN que dan forma a la señalización glutamatérgica y la influencia de la DA en la plasticidad sináptica. Estos estudios también han demostrado que las alteraciones a largo plazo en la señalización de la dopamina producen una remodelación profunda y específica del tipo celular de la conectividad y función corticoestriatal.

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La enfermedad de Parkinson es un trastorno neurodegenerativo cuyos síntomas son causados ​​por la pérdida de neuronas dopaminérgicas que inervan el cuerpo estriado. A medida que descienden los niveles de dopamina estriatal, aumenta la liberación de acetilcolina estriatal, lo que exacerba los síntomas motores. Esta adaptación se atribuye comúnmente a la pérdida de la regulación interneuronal por los receptores inhibidores de dopamina D (2). Nuestros resultados apuntan a un nuevo mecanismo completamente diferente. Después del agotamiento de la dopamina estriatal, la modulación del receptor de dopamina D (2) de los canales de calcio (Ca (2+)) que controlan la liberación de acetilcolina vesicular en las interneuronas no se modificó, pero el acoplamiento del autorreceptor muscarínico M (4) a estos mismos canales se atenuó notablemente. Esta adaptación fue atribuible a la regulación positiva de RGS4, una proteína aceleradora de GTPasa asociada a un autorreceptor. Esta adaptación de señalización específica se extendió a una pérdida más amplia del control del autorreceptor de los picos de interneuronas. Estas observaciones sugieren que la atenuación dependiente de RGS4 de la señalización del autorreceptor interneuronal es un factor importante en la elevación de la liberación de acetilcolina estriatal en la enfermedad de Parkinson.

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La depresión a largo plazo (LTD) de la sinapsis formada entre las neuronas piramidales corticales y las neuronas espinosas del medio estriado es fundamental para muchas teorías de la plasticidad motora y el aprendizaje asociativo. Se cree que la inducción de LTD en esta sinapsis depende de los receptores de dopamina D (2) localizados en la membrana postsináptica. Si esto fuera cierto, LTD debería ser inducible en neuronas de solo uno de los dos sistemas de proyección del cuerpo estriado. Utilizando ratones transgénicos en los que se etiquetan las neuronas que contribuyen a estos dos sistemas, mostramos que este no es el caso. Más bien, en ambos tipos de células, la dependencia del receptor D (2) de la inducción de LTD refleja la necesidad de reducir la actividad del receptor muscarínico M (1), un objetivo logrado por los receptores D (2) en las interneuronas colinérgicas. Además de reconciliar los tractos discordantes de la literatura sobre el estriado, estos hallazgos apuntan a las interneuronas colinérgicas como mediadores clave de la plasticidad y el aprendizaje del estriado dependiente de la dopamina.

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La enfermedad de Parkinson es un trastorno neurodegenerativo común que conduce a la dificultad de traducir eficazmente el pensamiento en acción. Aunque se sabe que las neuronas dopaminérgicas que inervan el cuerpo estriado mueren en la enfermedad de Parkinson, no está claro cómo esta pérdida conduce a síntomas. Un trabajo reciente ha implicado a las neuronas espinosas medianas (MSN) estriatopallidales en este proceso, pero no está claro cómo y precisamente por qué cambian estas neuronas. Usando imágenes multifotónicas, mostramos que el agotamiento de la dopamina conduce a una pérdida rápida y profunda de espinas y sinapsis glutamatérgicas en los MSN estriatopallidales, pero no en los MSN estriatonigrales vecinos. Esta pérdida de conectividad se desencadena por un nuevo mecanismo: la desregulación de los canales de Ca (2+) de tipo L intraespinosos Cav1.3. Es probable que la desconexión de las neuronas estriatopallidales de las estructuras de mando motor sea un paso clave en el surgimiento de la actividad patológica responsable de los síntomas de la enfermedad de Parkinson.


Conectando el cerebro

El truco, y el poder de la técnica, proviene de la especificidad con la que puedes dirigir esa expresión. Esto se basa en el hecho de que diferentes tipos de células expresan diferentes conjuntos de genes. Todos los genes tienen dos partes principales y una parte es básicamente la receta o el código de una proteína en particular. La otra parte, que está codificada en un fragmento de ADN vecino, es la región reguladora y las instrucciones sobre cuándo y dónde producir esa proteína y cuánto producir. Esas dos regiones se pueden separar. Puede cortar el ADN que constituye solo la pieza reguladora de un gen y conectarlo a la región que codifica la proteína para cualquier otro gen que desee (en este caso, una proteína canalrodopsina). Ahora puede tomar ese gen de fusión e introducirlo en las células o introducirlo transgénicamente en animales, como gusanos, moscas o ratones. Dichos animales ahora expresarán canalrodopsina solo en los tipos de células dirigidos por la pieza reguladora de ADN que eligió. También se puede utilizar una variedad de otros métodos moleculares para lograr este objetivo, incluidos recursos basados ​​en sistemas binarios como el sistema de recombinasa Cre-LoxP. (La fibra óptica se puede utilizar para dirigir la luz a esas células en regiones cerebrales particulares).

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Comentarios

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Puede ayudar con las funciones cerebrales porque puede ralentizar la absorción de azúcar. HierbasCiudad

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Buenas noticias de trabajo en equipo. Así que espero que deba mantener la contribución correcta sobre los detalles ópticos rápidos la próxima vez. Noticias de Optical Express Ahora conozco a no menos de 20 personas que han pasado por debajo del eje del láser, por así decirlo. De ellos, uno requirió dos operaciones & # 8211 su percepción visual era extraordinariamente pobre para empezar & # 8211 sin embargo ahora se le ha dicho que es así.

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En su quinto punto bajo las críticas, menciona que la estimulación cerebral profunda & # 39 & quot es muy prometedora para la depresión & quot. ¿Podría proporcionar un enlace a un periódico u otro medio de comunicación como prueba de esto?

Funciona con atención al desorden de detalles. Me ofrecí como voluntario para este estudio hace 12 años, es bueno que funcione.

¡La idea de las criaturas fotónicas (extraterrestres, ángeles y demonios) parece tener algo de verdad!

Este es el primer guiño que rodeo, vislumbré tu comodidad y me acerco a lo que te dije: "si es verdad, ser notado satisfactoriamente a la investigación que vislumbro tu duro trabajo". sin embargo, si lo esperaba, lo hizo en un enfoque tolerante que puede ser extremadamente exigente préstamos de título de auto en línea costa mesa. mientras que sobre todo le di y obligado a prever correos complementados como este. varios expresan gratitud por tal asignación.

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