El nombre de célula granular se ha utilizado para designar a distintos tipos de neuronas cuya única característica común es que todas ellas tienen cuerpos celulares muy pequeños . Las células granulares se encuentran en la capa granular del cerebelo , el giro dentado del hipocampo , la capa superficial del núcleo coclear dorsal , el bulbo olfatorio y la corteza cerebral .
Las células granulares cerebelosas representan la mayoría de las neuronas del cerebro humano. [1] Estas células granulares reciben información excitatoria de fibras musgosas que se originan en los núcleos pontinos . Las células granulares cerebelosas se proyectan hacia arriba a través de la capa de Purkinje hacia la capa molecular , donde se ramifican en fibras paralelas que se extienden a través de los árboles dendríticos de las células de Purkinje . Estas fibras paralelas forman miles de sinapsis excitatorias entre células granulares y células de Purkinje en las dendritas intermedias y distales de las células de Purkinje, utilizando glutamato como neurotransmisor .
Las células granulares de la capa 4 de la corteza cerebral reciben entradas del tálamo y envían proyecciones a las capas supragranulares 2 y 3, pero también a las capas infragranulares de la corteza cerebral.
Las células granulares de las distintas regiones cerebrales son funcional y anatómicamente diversas: lo único que tienen en común es su pequeño tamaño. Por ejemplo, las células granulares del bulbo olfatorio son GABAérgicas y no tienen axones, mientras que las células granulares del giro dentado tienen axones de proyección glutamatérgica . Estas dos poblaciones de células granulares son también las únicas poblaciones neuronales importantes que experimentan neurogénesis adulta , mientras que las células granulares cerebelosas y corticales no lo hacen. Las células granulares (salvo las del bulbo olfatorio) tienen una estructura típica de una neurona que consta de dendritas , un soma (cuerpo celular) y un axón.
Dendritas : Cada célula granular tiene de 3 a 4 dendritas rechonchas que terminan en una garra. Cada una de las dendritas tiene una longitud de tan solo 15 μm .
Soma : Todas las células granulares tienen un diámetro de soma pequeño de aproximadamente 10 μm.
Axón : Cada célula granular envía un único axón al árbol dendrítico de las células de Purkinje. [ cita requerida ] El axón tiene un diámetro extremadamente estrecho: ½ micrómetro.
Sinapsis : entre 100 y 300 000 axones de células granulares hacen sinapsis con una sola célula de Purkinje . [ cita requerida ]
La existencia de uniones estrechas entre las células granulares permite que múltiples neuronas se acoplen entre sí, lo que permite que múltiples células actúen en sincronía y permite que se produzcan las funciones de señalización necesarias para el desarrollo de las células granulares. [2]
Las células granulares, producidas por el labio rómbico , se encuentran en la capa de células granulares de la corteza cerebelosa . Son pequeñas y numerosas. Se caracterizan por un soma muy pequeño y varias dendritas cortas que terminan con terminaciones en forma de garra. En el microscopio electrónico de transmisión , estas células se caracterizan por un núcleo teñido de oscuro rodeado por un borde delgado de citoplasma. El axón asciende a la capa molecular donde se divide para formar fibras paralelas . [1]
El tipo principal de célula del giro dentado es la célula granular. La célula granular del giro dentado tiene un cuerpo celular elíptico con un ancho de aproximadamente 10 μm y una altura de 18 μm. [3]
La célula granular tiene un árbol cónico característico de dendritas apicales espinosas . Las ramas dendríticas se proyectan a lo largo de toda la capa molecular y las puntas más alejadas del árbol dendrítico terminan en la fisura hipocampal o en la superficie ventricular. [4] Las células granulares están compactas en la capa de células granulares del giro dentado.
Las células granulares del núcleo coclear dorsal son neuronas pequeñas con dos o tres dendritas cortas que dan lugar a unas pocas ramificaciones con expansiones en las terminales. Las dendritas son cortas con terminaciones en forma de garra que forman glomérulos para recibir fibras musgosas , similares a las células granulares cerebelosas. [5] Su axón se proyecta a la capa molecular del núcleo coclear dorsal donde forma fibras paralelas, también similares a las células granulares cerebelosas. [6] Las células granulares cocleares dorsales son pequeñas interneuronas excitatorias que están relacionadas en el desarrollo y, por lo tanto, se parecen a la célula granular cerebelosa.
La principal célula granular intrínseca del bulbo olfatorio de los vertebrados carece de axón (al igual que la neurona accesoria). Cada célula da lugar a dendritas centrales cortas y a una única dendrita apical larga que se expande hacia la capa de células granulares y entra en la capa del cuerpo de la célula mitral . Las ramas dendríticas terminan dentro de la capa plexiforme externa entre las dendritas del tracto olfatorio . [7] En el bulbo olfatorio de los mamíferos, las células granulares pueden procesar tanto la entrada como la salida sináptica debido a la presencia de grandes espinas. [8]
Las células granulares del cerebelo reciben información excitatoria de 3 o 4 fibras musgosas que se originan en los núcleos pontinos . Las fibras musgosas establecen una conexión excitatoria con las células granulares, lo que hace que estas disparen un potencial de acción.
El axón de una célula granular cerebelosa se divide para formar una fibra paralela que inerva las células de Purkinje . La gran mayoría de las sinapsis axónicas de las células granulares se encuentran en las fibras paralelas. [9]
Las fibras paralelas se envían a través de la capa de Purkinje hacia la capa molecular , donde se ramifican y se extienden a través de los árboles dendríticos de las células de Purkinje. Estas fibras paralelas forman miles de sinapsis excitatorias entre células granulares y células de Purkinje en las dendritas de las células de Purkinje.
Esta conexión es excitatoria ya que se libera glutamato .
Las fibras paralelas y las sinapsis axónicas ascendentes de la misma célula granular se activan en sincronía, lo que da lugar a señales excitatorias. En la corteza cerebelosa hay una variedad de neuronas inhibidoras ( interneuronas ). Las únicas neuronas excitatorias presentes en la corteza cerebelosa son las células granulares. [10]
Se cree que la plasticidad de la sinapsis entre una fibra paralela y una célula de Purkinje es importante para el aprendizaje motor . [11] La función de los circuitos cerebelosos depende completamente de los procesos que lleva a cabo la capa granular. Por lo tanto, la función de las células granulares determina la función cerebelosa en su conjunto. [12]
Las dendritas de las células granulares también hacen sinapsis con axones amielínicos distintivos que Santiago Ramón y Cajal llamó fibras musgosas [4] . Tanto las fibras musgosas como las células de Golgi establecen conexiones sinápticas con las células granulares. Juntas, estas células forman los glomérulos. [10]
Las células granulares están sujetas a inhibición de retroalimentación : las células granulares excitan a las células de Purkinje pero también excitan a las interneuronas GABAérgicas que inhiben a las células de Purkinje.
Las células granulares también están sujetas a inhibición por retroalimentación : las células de Golgi reciben estímulos excitatorios de las células granulares y, a su vez, envían señales inhibidoras a la célula granular. [13]
Los códigos de entrada de las fibras musgosas se conservan durante la transmisión sináptica entre células granulares, lo que sugiere que la inervación es específica de la entrada que se recibe. [14] Las células granulares no solo transmiten señales de las fibras musgosas, sino que realizan diversas transformaciones intrincadas que son necesarias en el dominio espaciotemporal. [10]
Cada célula granular recibe una entrada de dos fibras musgosas diferentes. Por lo tanto, la entrada proviene de dos lugares diferentes, a diferencia de la célula granular que recibe múltiples entradas de la misma fuente.
Las diferencias en las fibras musgosas que envían señales a las células granulares afectan directamente el tipo de información que las células granulares traducen a las células de Purkinje. La fiabilidad de esta traducción dependerá de la fiabilidad de la actividad sináptica en las células granulares y de la naturaleza del estímulo que se recibe. [15] La señal que una célula granular recibe de una fibra musgosa depende de la función de la propia fibra musgosa. Por lo tanto, las células granulares pueden integrar información de las diferentes fibras musgosas y generar nuevos patrones de actividad. [15]
Diferentes patrones de entrada de fibras musgosas producirán patrones únicos de actividad en las células granulares que pueden modificarse mediante una señal de enseñanza transmitida por la entrada de fibras trepadoras . David Marr y James Albus sugirieron que el cerebelo funciona como un filtro adaptativo, alterando el comportamiento motor en función de la naturaleza de la entrada sensorial.
Dado que varias células granulares (aproximadamente 200 000) hacen sinapsis en una única célula de Purkinje, los efectos de cada fibra paralela se pueden alterar en respuesta a una “señal maestra” proveniente de la entrada de la fibra trepadora.
David Marr sugirió que las células granulares codifican combinaciones de entradas de fibras musgosas. Para que la célula granular responda, necesita recibir entradas activas de múltiples fibras musgosas. La combinación de múltiples entradas da como resultado que el cerebelo pueda hacer distinciones más precisas entre los patrones de entrada de lo que permitiría una sola fibra musgosa. [16] Las células granulares cerebelosas también desempeñan un papel en la orquestación de las conductancias tónicas que controlan el sueño junto con los niveles ambientales de GABA que se encuentran en el cerebro.
La pérdida de neuronas del giro dentado del hipocampo produce déficits de memoria espacial. Por lo tanto, se cree que las células granulares dentadas funcionan en la formación de memorias espaciales [17] y de memorias episódicas. [18] Las células granulares dentadas inmaduras y maduras tienen papeles distintos en la función de la memoria. Se cree que las células granulares nacidas en la edad adulta participan en la separación de patrones, mientras que las células granulares viejas contribuyen a la rápida finalización de patrones. [19]
Las células piramidales de la corteza auditiva primaria se proyectan directamente al núcleo coclear. Esto es importante en el reflejo de sobresalto acústico , en el que las células piramidales modulan el reflejo de orientación secundario y la entrada de las células granulares es responsable de la orientación apropiada. [20] Esto se debe a que las señales recibidas por las células granulares contienen información sobre la posición de la cabeza. Las células granulares en el núcleo coclear dorsal desempeñan un papel en la percepción y respuesta a los sonidos de nuestro entorno.
La inhibición generada por las células granulares, el tipo de célula GABAérgica más común en el bulbo olfatorio, desempeña un papel fundamental en la conformación de la salida del bulbo olfatorio. [21] Hay dos tipos de entradas excitatorias recibidas por las células granulares GABAérgicas : las activadas por un receptor AMPA y las activadas por un receptor NMDA . Esto permite que las células granulares regulen el procesamiento de la entrada sensorial en el bulbo olfatorio. [21] El bulbo olfatorio transmite información olfativa desde la nariz hasta el cerebro y, por lo tanto, es necesario para un sentido del olfato adecuado. También se ha descubierto que las células granulares en el bulbo olfatorio son importantes en la formación de recuerdos vinculados con los olores. [22]
La dinámica del calcio es esencial para varias funciones de las células granulares, como el cambio del potencial de membrana , la plasticidad sináptica , la apoptosis y la regulación de la transcripción genética . [10] La naturaleza de las señales de calcio que controlan la función presináptica y postsináptica de las espinas de las células granulares del bulbo olfatorio es en su mayor parte desconocida. [8]
Las neuronas granulares tienen altos niveles de la isoforma neuronal de la óxido nítrico sintasa . Esta enzima depende de la presencia de calcio y es responsable de la producción de óxido nítrico (NO). Este neurotransmisor es un regulador negativo de la proliferación de precursores de células granulares que promueve la diferenciación de diferentes células granulares. El NO regula las interacciones entre las células granulares y la glía [10] y es esencial para proteger a las células granulares de daños. El NO también es responsable de la neuroplasticidad y el aprendizaje motor [23] .
La TrkB es responsable del mantenimiento de la conectividad sináptica normal de las células granulares dentadas. La TrkB también regula la morfología específica (biología) de las células granulares y, por lo tanto, se dice que es importante en la regulación del desarrollo neuronal, la plasticidad neuronal, el aprendizaje y el desarrollo de la epilepsia . [24] La regulación de las células granulares por parte de la TrkB es importante para prevenir los déficits de memoria y la epilepsia límbica. Esto se debe al hecho de que las células granulares dentadas desempeñan un papel fundamental en la función del circuito entorinal-hipocampal en la salud y la enfermedad. Las células granulares dentadas están situadas para regular el flujo de información hacia el hipocampo , una estructura necesaria para el aprendizaje y la memoria normales. [24]
Tanto la epilepsia como la depresión muestran una producción alterada de células granulares hipocampales nacidas en adultos. [25] La epilepsia se asocia con una mayor producción, pero una integración aberrante, de nuevas células al principio de la enfermedad y una producción reducida al final de la enfermedad. [25] La integración aberrante de células generadas por adultos durante el desarrollo de la epilepsia puede perjudicar la capacidad del giro dentado para evitar que la actividad excitatoria excesiva llegue a las células piramidales del hipocampo , promoviendo así las convulsiones. [25] Las convulsiones epilépticas de larga duración estimulan la neurogénesis de las células granulares dentadas. Estas células granulares dentadas recién nacidas pueden dar lugar a conexiones aberrantes que dan lugar a la plasticidad de la red hipocampal asociada a la epileptogénesis . [26]
Los pacientes con Alzheimer tienen dendritas de células granulares más cortas. Además, las dendritas estaban menos ramificadas y tenían menos espinas que las de los pacientes sin Alzheimer. [27] Sin embargo, las dendritas de células granulares no son un componente esencial de las placas seniles y estas placas no tienen un efecto directo sobre las células granulares en el giro dentado. Los cambios neurofibrilares específicos de las células granulares dentadas ocurren en pacientes con Alzheimer, variante de cuerpos de Lewy y parálisis supranuclear progresiva . [28]
Lista de los distintos tipos de células del cuerpo humano adulto