La plasticidad homosináptica es un tipo de plasticidad sináptica . [1] La plasticidad homosináptica es específica de la entrada, lo que significa que los cambios en la fuerza de la sinapsis ocurren solo en objetivos postsinápticos específicamente estimulados por un objetivo presináptico. [2] Por lo tanto, la propagación de la señal desde la célula presináptica está localizada.
Otro tipo de plasticidad sináptica, la plasticidad heterosináptica , no es específica de entrada y difiere de la plasticidad homosináptica en muchos mecanismos.
Además de ser específico de la entrada, el fortalecimiento de una sinapsis a través de la plasticidad homosináptica es asociativo, porque depende de la activación de una neurona presináptica y postsináptica en un tiempo cercano. Esta asociatividad aumenta las posibilidades de que la neurona postsináptica también se active. [3] Se teoriza que estos mecanismos subyacen al aprendizaje y la memoria a corto plazo . [3]
Donald Hebb teorizó que el fortalecimiento de las conexiones sinápticas se producía debido a la actividad coordinada entre la terminal presináptica y la dendrita postsináptica. Según Hebb, estas dos células se fortalecen porque su señalización ocurre junta en el espacio y/o el tiempo, lo que también se conoce como actividad coincidente. Este postulado a menudo se resume como Células que se activan juntas, se conectan entre sí , lo que significa que las sinapsis que tienen neuronas con activación coincidente se fortalecen, mientras que las otras sinapsis de estas neuronas permanecen sin cambios. [3] El postulado de Hebb ha proporcionado un marco conceptual sobre cómo la plasticidad sináptica subyace al almacenamiento de información a largo plazo. [1]
Los cambios en la plasticidad a menudo ocurren mediante la inserción o internalización de receptores AMPA (AMPAR) en la membrana postsináptica de la sinapsis que sufre un cambio en la fuerza conectiva. [1] Ca 2+ es un ion de señalización que provoca este cambio en la densidad del receptor AMPA al inducir una cascada de cambios biológicos dentro de la célula. Para inducir la potenciación a largo plazo (LTP), Ca 2+ activa CAMKII y PKC, provocando la fosforilación e inserción de AMPAR, mientras que la depresión a largo plazo (LTD) se produce mediante la activación de proteínas fosfatasas por Ca 2+ , que desfosforilan y provocan la internalización de AMPAR. [1]
Para crear cambios específicos de las entradas en la fuerza sináptica, la señal de Ca 2+ debe restringirse a espinas dendríticas específicas. La restricción dendrítica de Ca 2+ está mediada por varios mecanismos. El Ca 2+ extracelular puede ingresar a la columna a través de receptores NMDA (NMDAR) y canales de Ca 2+ dependientes de voltaje (VGCC). Tanto los NMDAR como los VGCC se concentran en las espinas dendríticas, mediando la entrada de Ca 2+ específica de la columna . Las reservas intracelulares de Ca 2+ en el retículo endoplásmico y las mitocondrias también pueden contribuir a la señalización restringida de la columna, aunque algunos estudios no han logrado encontrar evidencia de esto. [4] La eliminación de Ca 2+ está controlada por proteínas tampón, que se unen al Ca 2+ y evitan que se derrame hacia otras espinas. La difusión restringida de Ca 2+ a través del cuello de la espina dendrítica también ayuda a aislarlo en dendritas específicas. [4]
Otro mecanismo para la potenciación a largo plazo de insumos específicos es temporal. Los NMDAR requieren tanto despolarización, para eliminar su bloqueo de magnesio, como activación de glutamato, para abrir sus canales y permitir la entrada de Ca 2+ . Por lo tanto, la LTP se localiza en sitios donde los canales NMDA se abren mediante entradas sinápticas activas que liberan glutamato y causan la despolarización de la célula postsináptica, y no afectará las sinapsis inactivas cercanas. [1]
Para estabilizar la LTP y hacer que dure períodos de tiempo más largos, se sintetizan nuevas proteínas que respaldan este cambio en respuesta a la estimulación en una sinapsis potenciadora. El desafío que surge es cómo llevar proteínas específicas recién sintetizadas a las sinapsis específicas de entrada correctas en las que se necesitan. Dos soluciones a este problema incluyen el etiquetado sináptico y la síntesis de proteínas local .
Las etiquetas sinápticas marcan dónde se ha producido la plasticidad sináptica y, por lo tanto, pueden proporcionar información sobre la fuerza sináptica y el potencial de cambios plásticos a largo plazo. [5] La etiqueta es temporal e involucra una gran cantidad de proteínas, activadas por la entrada de Ca 2+ en la célula postsináptica. [5] Además, dependiendo del tipo y la magnitud del cambio sináptico, se utilizan diferentes proteínas para el etiquetado. Por ejemplo, cuando los cambios plásticos provocan una depresión prolongada, se utiliza la calcineurina . Por el contrario, cuando la plasticidad conduce a una potenciación a largo plazo, se utiliza CaMKII . [5] Para que la plasticidad sináptica sea específica de la entrada, estas etiquetas sinápticas son esenciales en objetivos postsinápticos, para garantizar que la potenciación sináptica esté localizada. [5] Estas etiquetas iniciarán posteriormente la síntesis de proteínas que, a su vez, provocarán cambios en la plasticidad sináptica en estas neuronas activadas. [1]
La síntesis de proteínas en las dendritas es necesaria para la plasticidad homosináptica. La despolarización y la activación resultante de los receptores AMPA y NMDA en la célula postsináptica provoca la endocitosis de estos receptores. Se requiere la síntesis de proteínas local para mantener la cantidad de receptores de superficie en la sinapsis. Estas nuevas proteínas ayudan a estabilizar los cambios estructurales inducidos por la plasticidad homosináptica. [6] Hay evidencia de ribosomas en las dendritas, que pueden fabricar estas proteínas. Además, también hay evidencia de gránulos de ARN en las dendritas, lo que indica la presencia de proteínas recién formadas. La LTP puede inducirse a partir de dendritas extraídas del soma de la neurona diana postsináptica. Por el contrario, la LTP puede bloquearse en estas dendritas mediante bloqueadores de la síntesis de proteínas, como la endomiacina, que indica además un sitio para la síntesis de proteínas local. Esta evidencia muestra que la síntesis de proteínas local es necesaria para estabilizar y mantener la L-LTP. [1]