Las células de Purkinje o neuronas de Purkinje , llamadas así en honor al fisiólogo checo Jan Evangelista Purkyně, quien las identificó en 1837, [ cita requerida ] son un tipo único de neuronas grandes y prominentes ubicadas en la corteza cerebelosa del cerebro . Con sus cuerpos celulares en forma de matraz, muchas dendritas ramificadas y un único axón largo , estas células son esenciales para controlar la actividad motora. Las células de Purkinje liberan principalmente el neurotransmisor GABA (ácido gamma-aminobutírico), que inhibe algunas neuronas para reducir la transmisión de impulsos nerviosos. Las células de Purkinje controlan y coordinan eficazmente los movimientos motores del cuerpo a través de estas acciones inhibidoras. [2] [3]
Estructura
Neuronas (células de Purkinje) ubicadas en el cerebelo.Sección transversal de un folio cerebeloso . (Célula de Purkinje etiquetada en el centro superior).Tinción de plata del cerebelo que muestra células de Purkinje.Células de Purkinje. Tinción de Bielschowsky .Imagen de microscopio confocal de células cerebelosas de Purkinje que expresan tdTomato
Canónicamente, cada célula adulta de Purkinje recibe aproximadamente 500 sinapsis de fibras trepadoras, todas originadas a partir de una única fibra trepadora de la oliva inferior. [6] Esto ha llevado a la noción de que una "relación uno a uno altamente conservada convierte las dendritas de Purkinje en un único compartimento computacional". [7] Sin embargo, ahora se ha descubierto que la inervación múltiple "ocurre" en ratones entre el subconjunto de células de Purkinje con múltiples dendritas primarias, un motivo dendrítico que es poco común en roedores pero "predominante" en humanos. [7]
Tanto las células en cesta como las estrelladas (que se encuentran en la capa molecular del cerebelo ) proporcionan una entrada inhibidora (GABAérgica) a la célula de Purkinje, con las células en cesta haciendo sinapsis en el segmento inicial del axón de la célula de Purkinje y las células estrelladas en las dendritas.
Las células de Purkinje envían proyecciones inhibidoras a los núcleos cerebelosos profundos y constituyen la única salida de toda la coordinación motora en la corteza cerebelosa.
Molecular
La capa de Purkinje del cerebelo, que contiene los cuerpos celulares de las células de Purkinje y la glía de Bergmann , expresa una gran cantidad de genes únicos. [8] También se propusieron marcadores genéticos específicos de Purkinje comparando el transcriptoma de ratones con deficiencia de Purkinje con el de ratones de tipo salvaje. [9] Un ejemplo ilustrativo es la proteína 4 de las células de Purkinje ( PCP4 ) en ratones knockout , que exhiben un aprendizaje locomotor deteriorado y una plasticidad sináptica marcadamente alterada en las neuronas de Purkinje. [10] [11] PCP4 acelera tanto la asociación como la disociación del calcio (Ca 2+ ) con la calmodulina (CaM) en el citoplasma de las células de Purkinje, y su ausencia perjudica la fisiología de estas neuronas. [10] [11] [12] [13]
Desarrollo
La investigación sobre embriones de mamíferos ha detallado los orígenes neurogénicos de las células de Purkinje. [14] Durante el desarrollo temprano, las células de Purkinje surgen en la zona ventricular del tubo neural, el precursor del sistema nervioso en el embrión. Todas las neuronas cerebelosas derivan de neuroepitelios germinales de la zona ventricular. [15] Las células de Purkinje se generan específicamente a partir de progenitores en el neuroepitelio ventricular del primordio cerebeloso embrionario. [16] Las primeras células generadas a partir del primordio cerebeloso forman una tapa sobre una cavidad en forma de diamante del cerebro en desarrollo llamada cuarto ventrículo que forma los dos hemisferios cerebelosos. Las células de Purkinje que se desarrollan más tarde son las de la sección central del cerebelo llamada vermis. Se desarrollan en el primordio cerebeloso que cubre el cuarto ventrículo y debajo de una región similar a una fisura llamada istmo del cerebro en desarrollo. Las células de Purkinje migran hacia la superficie exterior de la corteza cerebelosa y forman la capa de células de Purkinje.
Las células de Purkinje nacen durante las primeras etapas de la neurogénesis cerebelosa. La neurogenina2, junto con la neurogenina1, se expresan transitoriamente en dominios restringidos del neuroepitelio ventricular durante la ventana de tiempo de génesis de las células de Purkinje. [17] Este patrón de distribución espacio-temporal sugiere que las neurogeninas están involucradas en la especificación de subconjuntos de células de Purkinje fenotípicamente heterogéneas, responsables en última instancia de la construcción del marco de la topografía cerebelosa.
Hay evidencia en ratones y humanos de que las células de la médula ósea se fusionan con las células de Purkinje cerebelosas o las generan, y es posible que las células de la médula ósea, ya sea por generación directa o por fusión celular, puedan desempeñar un papel en la reparación del daño del sistema nervioso central. [18] [19] [20] [21] [22] Más evidencia apunta aún hacia la posibilidad de un ancestro común de células madre entre las neuronas de Purkinje, los linfocitos B y las células productoras de aldosterona de la corteza suprarrenal humana . [21]
Las células de Purkinje muestran dos formas distintas de actividad electrofisiológica:
Los picos simples ocurren a frecuencias de 17 a 150 Hz (Raman y Bean, 1999), ya sea espontáneamente o cuando las células de Purkinje son activadas sinápticamente por las fibras paralelas, los axones de las células granulares.
Los picos complejos son picos lentos, de 1 a 3 Hz, caracterizados por un pico inicial prolongado de gran amplitud, seguido de una explosión de alta frecuencia de potenciales de acción de menor amplitud. Son causadas por la activación de las fibras trepadoras y pueden implicar la generación de potenciales de acción mediados por calcio en las dendritas. Después de una actividad de picos complejos, los picos simples pueden suprimirse mediante la poderosa entrada de picos complejos. [23]
Las células de Purkinje muestran actividad electrofisiológica espontánea en forma de trenes de picos tanto dependientes de sodio como de calcio. Así lo demostró inicialmente Rodolfo Llinas (Llinas y Hess (1977) y Llinas y Sugimori (1980)). Los canales de calcio de tipo P recibieron el nombre de las células de Purkinje, donde se encontraron inicialmente (Llinas et al. 1989), que son cruciales en la función cerebelosa. La activación de la célula de Purkinje mediante fibras trepadoras puede cambiar su actividad de un estado tranquilo a un estado espontáneamente activo y viceversa, sirviendo como una especie de interruptor de palanca. [24] Estos hallazgos han sido cuestionados por un estudio que sugiere que dicha conmutación mediante entradas de fibras trepadoras ocurre predominantemente en animales anestesiados y que las células de Purkinje en animales que se comportan despiertos, en general, operan casi continuamente en el norte del estado. [25] Pero este último estudio ha sido cuestionado [26] y desde entonces se ha observado la alternancia de células de Purkinje en gatos despiertos. [27] Un modelo computacional de la célula de Purkinje ha demostrado que los cálculos de calcio intracelular son responsables de la conmutación. [28]
Los hallazgos han sugerido que las dendritas de las células de Purkinje liberan endocannabinoides que pueden regular negativamente de manera transitoria las sinapsis tanto excitatorias como inhibidoras. [29] El modo de actividad intrínseca de las células de Purkinje lo establece y controla la bomba de sodio-potasio . [30] Esto sugiere que la bomba podría no ser simplemente una molécula homeostática "de mantenimiento" para gradientes iónicos. En cambio, podría ser un elemento de cálculo en el cerebelo y el cerebro. [31] De hecho, una mutación en el Na+ -k+ la bomba causa parkinsonismo distonía de aparición rápida; sus síntomas indican que se trata de una patología del cálculo cerebeloso. [32]
Además, el uso del veneno ouabain para bloquear Na+ -k+ Las bombas en el cerebelo de un ratón vivo inducen ataxia y distonía . [33] El modelado numérico de datos experimentales sugiere que, in vivo, el Na+ -k+ la bomba produce largas puntuaciones inactivas (>> 1 s) para la activación de la neurona de Purkinje; estos pueden tener un papel computacional. [34] El alcohol inhibe el Na+ -k+ bombas en el cerebelo y es probable que así sea como corrompe el cálculo cerebeloso y la coordinación corporal. [35] [36]
Importancia clínica
En los seres humanos, las células de Purkinje pueden resultar dañadas por diversas causas: exposición tóxica, por ejemplo al alcohol o al litio; enfermedades autoinmunes ; mutaciones genéticas que causan ataxias espinocerebelosas, ataxia del gluten , enfermedad de Unverricht-Lundborg o autismo ; y enfermedades neurodegenerativas que no se sabe que tengan una base genética, como la atrofia multisistémica de tipo cerebeloso o las ataxias esporádicas. [37] [38]
La ataxia por gluten es una enfermedad autoinmune desencadenada por la ingestión de gluten . [39] La muerte de las células de Purkinje como resultado de la exposición al gluten es irreversible. El diagnóstico precoz y el tratamiento con una dieta sin gluten pueden mejorar la ataxia y prevenir su progresión. [37] [40] Menos del 10% de las personas con ataxia por gluten presentan algún síntoma gastrointestinal, sin embargo, alrededor del 40% tienen daño intestinal. [40] Representa el 40% de las ataxias de origen desconocido y el 15% de todas las ataxias. [40]
Algunos animales domésticos pueden desarrollar una afección en la que las células de Purkinje comienzan a atrofiarse poco después del nacimiento, llamada abiotrofia cerebelosa . Puede provocar síntomas como ataxia , temblores intencionales, hiperreactividad, falta de reflejo de amenaza , marcha rígida o con pasos altos, aparente falta de conciencia de la posición del pie (a veces de pie o caminando con un pie doblado) y una incapacidad general para determinar el espacio y la distancia. [42] Una condición similar conocida como hipoplasia cerebelosa ocurre cuando las células de Purkinje no se desarrollan en el útero o mueren antes del nacimiento.
Las afecciones genéticas ataxia telangiectasia y enfermedad de Niemann Pick tipo C, así como el temblor esencial cerebeloso , implican la pérdida progresiva de células de Purkinje. En la enfermedad de Alzheimer, a veces se observa patología de la columna, así como pérdida de ramas dendríticas de las células de Purkinje. [43] Las células de Purkinje también pueden resultar dañadas por el virus de la rabia a medida que migra desde el sitio de infección en la periferia al sistema nervioso central. [44]
Etimología
Las células de Purkinje llevan el nombre del científico checo Jan Evangelista Purkyně, quien las descubrió en 1839. [ cita necesaria ]
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Enlaces externos
Biblioteca de imágenes celulares - Purkinje
Trastornos del cerebelo Archivado el 26 de agosto de 2009 en la Wayback Machine.