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Célula de Purkinje

Las células de Purkinje o neuronas de Purkinje , llamadas así por el fisiólogo checo Jan Evangelista Purkyně , quien las identificó en 1837, [2] 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 solo 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 eficientemente los movimientos motores del cuerpo a través de estas acciones inhibidoras. [3] [4]

Estructura

Neuronas (células de Purkinje) ubicadas en el cerebelo
Sección transversal de un folium cerebeloso . (La célula de Purkinje está marcada en el centro de la parte superior).
Tinción de plata del cerebelo que muestra células de Purkinje.
Células de Purkinje. Tinción de Bielschowsky .
Imagen de microscopio confocal de células de Purkinje cerebelosas que expresan tdTomato

Estas células son algunas de las neuronas más grandes del cerebro humano ( las células de Betz son las más grandes), [5] con un árbol dendrítico intrincadamente elaborado , caracterizado por una gran cantidad de espinas dendríticas . Las células de Purkinje se encuentran dentro de la capa de Purkinje en el cerebelo . Las células de Purkinje están alineadas como fichas de dominó apiladas una frente a la otra. Sus grandes árboles dendríticos forman capas casi bidimensionales a través de las cuales pasan fibras paralelas de las capas más profundas. Estas fibras paralelas hacen sinapsis excitatorias relativamente más débiles ( glutamatérgicas ) con las espinas en la dendrita de la célula de Purkinje, mientras que las fibras trepadoras que se originan en el núcleo olivar inferior en el bulbo raquídeo proporcionan una entrada excitatoria muy potente a las dendritas proximales y al soma celular. Las fibras paralelas pasan ortogonalmente a través del árbol dendrítico de la neurona de Purkinje, y hasta 200 000 fibras paralelas [6] forman una sinapsis célula granular-célula de Purkinje con una sola célula de Purkinje.

Canónicamente, cada célula de Purkinje adulta recibe aproximadamente 500 sinapsis de fibras trepadoras, todas originadas a partir de una única fibra trepadora de la oliva inferior. [7] Esto ha llevado a la noción de que una "relación uno a uno altamente conservada convierte a las dendritas de Purkinje en un único compartimento computacional". [8] 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. [8]

Tanto las células en canasta como las células estrelladas (que se encuentran en la capa molecular del cerebelo ) proporcionan una entrada inhibitoria (GABAérgica) a la célula de Purkinje; las células en canasta hacen 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 inhibitorias 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. [9] También se propusieron marcadores genéticos específicos de Purkinje comparando el transcriptoma de ratones deficientes en Purkinje con el de ratones de tipo salvaje. [10] Un ejemplo ilustrativo es la proteína 4 de células de Purkinje ( PCP4 ) en ratones knockout , que exhiben un aprendizaje locomotor deteriorado y una plasticidad sináptica marcadamente alterada en las neuronas de Purkinje. [11] [12] La PCP4 acelera tanto la asociación como la disociación del calcio (Ca 2+ ) con calmodulina (CaM) en el citoplasma de las células de Purkinje, y su ausencia perjudica la fisiología de estas neuronas. [11] [12] [13] [14]

Desarrollo

La investigación embrionaria de mamíferos ha detallado los orígenes neurogénicos de las células de Purkinje. [15] 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. [16] Las células de Purkinje se generan específicamente a partir de progenitores en el neuroepitelio ventricular del primordio cerebeloso embrionario. [17] 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 externa 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 neurogenina 2, junto con la neurogenina 1, se expresan transitoriamente en dominios restringidos del neuroepitelio ventricular durante la ventana temporal de la génesis de las células de Purkinje. [18] Este patrón de distribución espacio-temporal sugiere que las neurogeninas están involucradas en la especificación de subconjuntos de células de Purkinje fenotípicamente heterogéneos, responsables en última instancia de construir el marco de la topografía cerebelosa.

Hay evidencia en ratones y humanos de que las células de la médula ósea se fusionan con o generan células de Purkinje cerebelosas, 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. [19] [20] [21] [22] [23] 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 . [22]

Función

La proteína 4 de las células de Purkinje ( PCP4 ) es marcadamente inmunorreactiva en las células de Purkinje del cerebelo humano. De arriba a abajo, aumentos microscópicos de 40X, 100X y 200X. La inmunohistoquímica se realizó según métodos publicados. [11]
Microcircuito del cerebelo. Las sinapsis excitatorias se indican con (+) y las inhibidoras con (-).
MF: Fibra musgosa .
DCN: Núcleos cerebelosos profundos .
IO: Oliva inferior .
CF: Fibra trepadora .
GC: Célula granular .
PF: Fibra paralela .
PC: Célula de Purkinje.
GgC: Célula de Golgi .
SC: Célula estrellada .
BC: Célula en canasta .

Las células de Purkinje muestran dos formas distintas de actividad electrofisiológica:

Las células de Purkinje muestran una actividad electrofisiológica espontánea en forma de trenes de picos dependientes tanto del sodio como del calcio. Esto fue demostrado inicialmente por Rodolfo Llinas (Llinas y Hess (1977) y Llinas y Sugimori (1980)). Los canales de calcio de tipo P recibieron su 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 por las fibras trepadoras puede cambiar su actividad de un estado tranquilo a un estado espontáneamente activo y viceversa, sirviendo como una especie de interruptor. [25] Estos hallazgos han sido cuestionados por un estudio que sugiere que dicha alternancia por las entradas de las fibras trepadoras ocurre predominantemente en animales anestesiados y que las células de Purkinje en animales despiertos que se comportan, en general, operan casi continuamente en el estado upstate. [26] Pero este último estudio ha sido cuestionado [27] y desde entonces se ha observado el cambio de células de Purkinje en gatos despiertos. [28] Un modelo computacional de la célula de Purkinje ha demostrado que los cálculos de calcio intracelular son responsables del cambio. [29]

Los hallazgos han sugerido que las dendritas de las células de Purkinje liberan endocannabinoides que pueden regular negativamente de forma transitoria tanto las sinapsis excitatorias como las inhibidoras. [30] El modo de actividad intrínseca de las células de Purkinje está establecido y controlado por la bomba de sodio-potasio . [31] Esto sugiere que la bomba podría no ser simplemente una molécula homeostática de "mantenimiento" para gradientes iónicos. En cambio, podría ser un elemento de computación en el cerebelo y el cerebro. [32] De hecho, una mutación en el Na+
- K+
La bomba de Na+ provoca una rápida aparición de distonía y parkinsonismo; sus síntomas indican que se trata de una patología del cómputo cerebeloso. [33] Además, el uso del veneno ouabaína para bloquear el Na++
- K+
Las bombas en el cerebelo de un ratón vivo inducen ataxia y distonía . [34] El modelado numérico de datos experimentales sugiere que, in vivo, la Na+
- K+
La bomba produce puntuaciones quiescentes largas (>> 1 s) para la activación de las neuronas de Purkinje; estas pueden tener un papel computacional. [35] El alcohol inhibe el Na+
- K+
bombas en el cerebelo y es probable que así es como corrompe el cálculo cerebeloso y la coordinación corporal. [36] [37]

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 por gluten , enfermedad de Unverricht-Lundborg o autismo ; y enfermedades neurodegenerativas que no se sabe que tengan una base genética, como el tipo cerebeloso de atrofia multisistémica o las ataxias esporádicas. [38] [39]

La ataxia por gluten es una enfermedad autoinmune desencadenada por la ingestión de gluten . [40] La muerte de las células de Purkinje como resultado de la exposición al gluten es irreversible. El diagnóstico temprano y el tratamiento con una dieta libre de gluten pueden mejorar la ataxia y prevenir su progresión. [38] [41] Menos del 10% de las personas con ataxia por gluten presentan algún síntoma gastrointestinal, sin embargo, alrededor del 40% tiene daño intestinal. [41] Representa el 40% de las ataxias de origen desconocido y el 15% de todas las ataxias. [41]

La ataxia espinocerebelosa tipo 1 (SCA1) , una enfermedad neurodegenerativa , es causada por una expansión inestable de poliglutamina dentro de la proteína Ataxina 1. Este defecto en la proteína Ataxina 1 causa un deterioro de las mitocondrias en las células de Purkinje, lo que lleva a una degeneración prematura de las células de Purkinje. [42] Como consecuencia, la coordinación motora disminuye y, finalmente, se produce la muerte.

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 pararse o caminar con un pie doblado hacia adelante) y una incapacidad general para determinar el espacio y la distancia. [43] Una afección similar conocida como hipoplasia cerebelosa ocurre cuando las células de Purkinje no se desarrollan en el útero o mueren antes del nacimiento.

Las enfermedades genéticas como la ataxia telangiectasia y la 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 espinal, así como pérdida de ramas dendríticas de las células de Purkinje. [44] 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 hasta el sistema nervioso central. [45]

Etimología

Las células de Purkinje reciben su nombre del científico checo Jan Evangelista Purkyně, quien las descubrió en 1839. [ cita requerida ]

Véase también

Lista de los distintos tipos de células del cuerpo humano adulto

Referencias

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Lectura adicional

Enlaces externos