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Trazado anterógrado

En neurociencia , el rastreo anterógrado es un método de investigación que se utiliza para rastrear proyecciones axónicas desde su origen (el cuerpo celular o soma ) hasta su punto de terminación (la sinapsis ). Un sello distintivo del rastreo anterógrado es el etiquetado de la(s) neurona(s) presináptica(s) y postsináptica(s). El cruce de la hendidura sináptica es una diferencia vital entre los trazadores anterógrados y los rellenos de tinte utilizados para la reconstrucción morfológica. La técnica complementaria es el rastreo retrógrado , que se utiliza para rastrear conexiones neuronales desde su terminación hasta su origen (es decir, sinapsis al cuerpo celular). [1] Tanto las técnicas de rastreo anterógrado como retrógrado se basan en la visualización del proceso biológico del transporte axonal .

Las técnicas de rastreo anterógrado y retrógrado permiten descripciones detalladas de proyecciones neuronales desde una sola neurona o una población definida de neuronas a sus diversos objetivos en todo el sistema nervioso . [2] Estas técnicas permiten el "mapeo" de conexiones entre neuronas en una estructura particular (por ejemplo, el ojo ) y las neuronas objetivo en el cerebro. Gran parte de lo que se sabe actualmente sobre neuroanatomía conexional se descubrió mediante el uso de las técnicas de rastreo anterógrado y retrógrado. [1]

Técnicas

Existen varios métodos para rastrear las proyecciones que se originan en el soma hacia sus áreas objetivo. Estas técnicas inicialmente se basaban en la inyección física directa de varias moléculas trazadoras visualizables (por ejemplo, proteína fluorescente verde , tintes lipofílicos o aminoácidos marcados radiactivamente ) en el cerebro . Estas moléculas son absorbidas localmente por el soma (cuerpo celular) de varias neuronas y transportadas a las terminales axónicas , o son absorbidas por los axones y transportadas al soma de la neurona. Otras moléculas trazadoras permiten la visualización de grandes redes de proyecciones axónicas que se extienden desde las neuronas expuestas al trazador. [1]

En los últimos años se han desarrollado e implementado vectores virales como trazadores anterógrados para identificar las regiones objetivo de las neuronas proyectadas. [3] [4]

Otras estrategias son los trazadores anterógrados transsinápticos, que pueden atravesar la hendidura sináptica y marcar múltiples neuronas dentro de una vía. También pueden ser trazadores genéticos o moleculares. [ cita requerida ]

Recientemente, la resonancia magnética mejorada con manganeso (MEMRI) se ha utilizado para rastrear circuitos funcionales en cerebros vivos, como lo iniciaron por primera vez Russ Jacobs, [5] Robia Paultler, [6] Alan Koretsky y Elaine Bearer . [7] El ion Mn 2+ da una señal hiperintensa en la resonancia magnética ponderada en T 1 y, por lo tanto, sirve como agente de contraste. El Mn 2+ ingresa a través de canales de calcio dependientes del voltaje, se lleva a los orgánulos intracelulares y es transportado por el sistema de transporte neuronal endógeno, incluida la kinesina-1, acumulándose en ubicaciones distantes. [8] El mapeo paramétrico estadístico de la acumulación de Mn en imágenes de lapso de tiempo proporciona información detallada no solo sobre los circuitos neuronales, sino también sobre la dinámica del transporte dentro de ellos y la ubicación de las conexiones distales. [9] Este enfoque proporciona información sobre los circuitos en todo el cerebro en animales vivos.

Rastreadores genéticos

(ver también Rastreo neuronal viral )

Para rastrear proyecciones de una región o célula específica, se puede inyectar localmente un constructo genético, un virus o una proteína, después de lo cual se permite que se transporte anterógradamente. Los trazadores virales pueden atravesar la sinapsis y pueden usarse para rastrear la conectividad entre regiones cerebrales a través de muchas sinapsis. Kuypers describe ejemplos de virus utilizados para el rastreo anterógrado. [10] Los más conocidos son el virus del herpes simple tipo 1 (HSV) y los rabdovirus . [10] El HSV se utilizó para rastrear las conexiones entre el cerebro y el estómago, con el fin de examinar las áreas cerebrales involucradas en el procesamiento viscero-sensorial. [11] Otro estudio utilizó HSV tipo 1 y tipo 2 para investigar la vía óptica : al inyectar el virus en el ojo, se visualizó la vía desde la retina hasta el cerebro. [12]

Los trazadores virales utilizan un receptor en la célula huésped para unirse a ella y luego son endocitados . Por ejemplo, el HSV utiliza el receptor de nectina y luego es endocitado. Después de la endocitosis, el bajo pH dentro de la vesícula elimina la envoltura del virión, después de lo cual el virus está listo para ser transportado al cuerpo celular. Se demostró que el pH y la endocitosis son cruciales para que el HSV infecte una célula. [13] Se demostró que el transporte de las partículas virales a lo largo del axón depende del citoesqueleto microtubular . [14]

Trazadores moleculares

También existe un grupo de trazadores que consisten en productos proteicos que pueden ser captados por la célula y transportados a través de la sinapsis a la siguiente célula. La aglutinina de germen de trigo (WGA) y la leucoaglutinina de Phaseolus vulgaris [15] son ​​los trazadores más conocidos, sin embargo, no son trazadores anterógrados estrictos: se sabe especialmente que la WGA se transporta tanto anterógradamente como retrógradamente. [16] La WGA ingresa a la célula uniéndose a oligosacáridos y luego es captada por endocitosis a través de una vía dependiente de caveolas. [17] [18]

Otros trazadores anterógrados ampliamente utilizados en neuroanatomía son las aminas dextrano biotiniladas (BDA), también utilizadas en el trazado retrógrado . [ cita requerida ]

Lista parcial de estudios que utilizan esta técnica

La técnica de trazado anterógrado es actualmente una técnica de investigación muy extendida. A continuación se incluye una lista parcial de estudios en los que se han utilizado técnicas de trazado anterógrado:

Véase también

Referencias

  1. ^ abc Dale Purves; George J. Augustine; David Fitzpatrick; William C. Hall; Anthony-Samuel Lamantia; James O. Mcnamara; Leonard E. White, eds. (2008). Neurociencia (4.ª ed.). Sunderland, Massachusetts: Sinauer. pp. 16–18 (de un total de 857). ISBN 978-0-87893-697-7.
  2. ^ Lanciego, Jose L.; Wouterlood, Floris G. (1 de mayo de 2020). "Técnicas de rastreo de tractos neuroanatómicos que se volvieron virales". Estructura y función cerebral . 225 (4): 1193–1224. doi :10.1007/s00429-020-02041-6. PMC 7271020 . PMID  32062721. 
  3. ^ Oh SW, Harris JA, Ng L, Winslow B, Cain N, Mihalas S, et al. (abril de 2014). "Un conectoma de mesoescala del cerebro del ratón". Nature . 508 (7495): 207–14. Bibcode :2014Natur.508..207O. doi :10.1038/nature13186. PMC 5102064 . PMID  24695228. 
  4. ^ Haberl MG, Viana da Silva S, Guest JM, Ginger M, Ghanem A, Mulle C, Oberlaender M, Conzelmann KK, Frick A (abril de 2014). "Un vector anterógrado del virus de la rabia para la reconstrucción a gran escala y de alta resolución de la morfología de las neuronas en 3D". Estructura y función cerebral . 220 (3): 1369–79. doi :10.1007/s00429-014-0730-z. PMC 4409643 . PMID  24723034. 
  5. ^ Pautler RG, Mongeau R, Jacobs RE (julio de 2003). "Rastreo in vivo del tracto transsináptico del cuerpo estriado y la amígdala murinos utilizando resonancia magnética mejorada con manganeso (MEMRI)". Resonancia magnética en medicina . 50 (1): 33–9. doi : 10.1002/mrm.10498 . PMID  12815676.
  6. ^ Pautler RG, Silva AC, Koretsky AP (noviembre de 1998). "Rastreo del tracto neuronal in vivo mediante imágenes por resonancia magnética mejoradas con manganeso". Resonancia magnética en medicina . 40 (5): 740–8. doi :10.1002/mrm.1910400515. PMID  9797158. S2CID  13996533.
  7. ^ Bearer EL, Falzone TL, Zhang X, Biris O, Rasin A, Jacobs RE (2007). "Función de la actividad neuronal y la kinesina en el rastreo de vías mediante resonancia magnética con manganeso (MEMRI)". NeuroImage . 37 (Supl 1): S37–46. doi :10.1016/j.neuroimage.2007.04.053. PMC 2096707 . PMID  17600729. 
  8. ^ Medina CS, Biris O, Falzone TL, Zhang X, Zimmerman AJ, Bearer EL (enero de 2017). "2+ se ve afectado por la eliminación de KLC1, una subunidad del motor convencional basado en microtúbulos de kinesina". NeuroImage . 145 (Pt A): 44–57. doi :10.1016/j.neuroimage.2016.09.035. PMC 5457905 . PMID  27751944. 
  9. ^ Bearer EL, Manifold-Wheeler BC, Medina CS, Gonzales AG, Chaves FL, Jacobs RE (octubre de 2018). "Alteraciones de los circuitos funcionales en el cerebro envejecido y el impacto de la expresión de APP mutada". Neurobiología del envejecimiento . 70 : 276–290. doi :10.1016/j.neurobiolaging.2018.06.018. PMC 6159914 . PMID  30055413. 
  10. ^ ab Kuypers HG, Ugolini G (febrero de 1990). "Virus como trazadores transneuronales". Tendencias en neurociencias . 13 (2): 71–5. doi :10.1016/0166-2236(90)90071-H. PMID  1690933. S2CID  27938628.
  11. ^ Rinaman L, Schwartz G (marzo de 2004). "Rastreo viral transneuronal anterógrado de vías viscerosensoriales centrales en ratas". The Journal of Neuroscience . 24 (11): 2782–6. doi :10.1523/JNEUROSCI.5329-03.2004. PMC 6729508 . PMID  15028771. 
  12. ^ Norgren RB, McLean JH, Bubel HC, Wander A, Bernstein DI, Lehman MN (marzo de 1992). "Transporte anterógrado de HSV-1 y HSV-2 en el sistema visual". Boletín de investigación cerebral . 28 (3): 393–9. doi :10.1016/0361-9230(92)90038-Y. PMID  1317240. S2CID  4701001.
  13. ^ Nicola AV, McEvoy AM, Straus SE (mayo de 2003). "Funciones de la endocitosis y el pH bajo en la entrada del virus del herpes simple en células ováricas de hámster chino y HeLa". Journal of Virology . 77 (9): 5324–32. doi :10.1128/JVI.77.9.5324-5332.2003. PMC 153978 . PMID  12692234. 
  14. ^ Kristensson K, Lycke E, Röyttä M, Svennerholm B, Vahlne A (septiembre de 1986). "Transporte neurítico del virus del herpes simple en neuronas sensoriales de ratas in vitro. Efectos de las sustancias que interactúan con la función microtubular y el flujo axonal [nocodazol, taxol y eritro-9-3-(2-hidroxinonil)adenina]". The Journal of General Virology . 67 (Pt 9) (9): 2023–8. doi : 10.1099/0022-1317-67-9-2023 . PMID  2427647.
  15. ^ Smith Y, Hazrati LN, Parent A (abril de 1990). "Proyecciones eferentes del núcleo subtalámico en el mono ardilla estudiadas mediante el método de trazado anterógrado PHA-L". The Journal of Comparative Neurology . 294 (2): 306–23. doi :10.1002/cne.902940213. PMID  2332533. S2CID  9667393.
  16. ^ Damak S, Mosinger B, Margolskee RF (octubre de 2008). "Transporte transsináptico de la aglutinina de germen de trigo expresada en un subconjunto de células gustativas de tipo II de ratones transgénicos". BMC Neuroscience . 9 : 96. doi : 10.1186/1471-2202-9-96 . PMC 2571104 . PMID  18831764. 
  17. ^ Broadwell RD, Balin BJ (diciembre de 1985). "Vías endocíticas y exocíticas del proceso secretor neuronal y transferencia transsináptica de aglutinina de germen de trigo-peroxidasa de rábano picante in vivo". The Journal of Comparative Neurology . 242 (4): 632–50. doi :10.1002/cne.902420410. PMID  2418083. S2CID  22905683.
  18. ^ Gao X, Wang T, Wu B, Chen J, Chen J, Yue Y, Dai N, Chen H, Jiang X (diciembre de 2008). "Puntos cuánticos para el seguimiento del transporte celular de nanopartículas funcionalizadas con lectina". Comunicaciones de investigación bioquímica y biofísica . 377 (1): 35–40. doi :10.1016/j.bbrc.2008.09.077. PMID  18823949.