Las colaterales de Schaffer son colaterales de axones emitidas por las células piramidales CA3 en el hipocampo . Estas colaterales se proyectan al área CA1 del hipocampo [1] y son una parte integral de la formación de la memoria y la red emocional del circuito de Papez y del bucle trisináptico del hipocampo . Es una de las sinapsis más estudiadas del mundo y lleva el nombre del anatomista y neurólogo húngaro Károly Schaffer .
Como parte de las estructuras del hipocampo, las colaterales de Schaffer desarrollan el sistema límbico , que desempeña un papel fundamental en los aspectos del aprendizaje y la memoria. Las señales de información de la región CA3 contralateral salen a través de las vías colaterales de Schaffer hacia las neuronas piramidales CA1 . Las sinapsis maduras contienen menos ramas colaterales de Schaffer que aquellas que no están completamente desarrolladas. [2] Muchos científicos intentan utilizar la sinapsis colateral de Schaffer como muestra de sinapsis, una sinapsis glutamatérgica excitadora típica en la corteza que ha sido muy bien estudiada para tratar de identificar las reglas tanto de los patrones de estimulación en las reglas eléctricas como de las mecanismos químicos mediante los cuales las sinapsis se fortalecen persistentemente y también se debilitan persistentemente y desarrollar medicamentos y tratamientos para curar enfermedades crónicas , como la demencia y la enfermedad de Alzheimer . Además, creen que estudiar la garantía de Schaffer puede proporcionar una amplia gama de conocimientos sobre cómo las garantías de Schaffer nos permiten intervenir con tratamientos farmacológicos y con estimulación eléctrica para mejorar la calidad de la experiencia humana.
El hipocampo funcional almacena recuerdos a largo plazo a través de la plasticidad sináptica en términos de almacenamiento de información. El hipocampo en comunicación con la neocorteza media la degradación de la memoria. Los cambios plásticos que ocurren en el hipocampo participan en la dirección del proceso de almacenamiento de la memoria.
La colateral de Schaffer está involucrada en la plasticidad dependiente de la actividad y en los procesos de información que siempre se procesan a través del hipocampo todo el tiempo. La garantía de Schaffer afecta claramente si las células objetivo activan o no potenciales de acción . Sin embargo, al mismo tiempo, está desencadenando un proceso que lleva mucho más tiempo por el cual algunas sinapsis se fortalecen y otras se debilitan y, en general, los patrones de fuerza sináptica de la red evolucionan con el tiempo.
Además, los axones colaterales de Schaffer desarrollan sinapsis excitadoras que se encuentran dispersas sobre la arborización dendrítica [3] de las neuronas piramidales CA1 del hipocampo . [4] En la etapa inicial de la potenciación a largo plazo , las colaterales de Schaffer liberan glutamato que se une a los receptores AMPA de las dendritas CA1 . El proceso de desarrollo de una red de sinapsis glutamatérgicas excitadoras recurrentes de CA3 a CA1 altera la frecuencia de los potenciales de acción espontáneos en las colaterales de Schaffer. En la edad adulta, la actividad de la red recurrente CA3 se reduce, la frecuencia de los potenciales de acción espontáneos disminuye en las colaterales de Schaffer y los axones colaterales de Schaffer pueden desarrollar una sinapsis de locus de liberación única con una espina dendrítica en una neurona piramidal CA1 determinada. [2]
La colateral de Schaffer se encuentra entre la región CA3 y la región CA1 en el hipocampo . Las colaterales de Schaffer son los axones de las células piramidales que conectan dos neuronas (CA3 y CA1) y transfieren información de CA3 a CA1. [5] [6] La corteza entorrinal envía la información principal a la circunvolución dentada ( vía perforante ). Desde las células granulares de la circunvolución dentada, se establecen conexiones con las regiones CA3 del hipocampo a través de fibras cubiertas de musgo . CA3 envía señales de información a las células piramidales CA1 a través de las fibras colaterales y comisurales de Schaffer también desde el hipocampo contralateral .
A lo largo del proceso de memoria en el hipocampo, las colaterales de Schaffer no parecen desempeñar un papel importante en la formación de la memoria real, pero está claro que las colaterales de Schaffer ayudan a la plasticidad dependiente de la actividad y a los procesos de información que siempre se modifican a lo largo del transcurso de la memoria. Desarrollo en el hipocampo. Las garantías de Schaffer alteran el desarrollo del sistema límbico que es fundamental para el aprendizaje y la memoria . La región CA3 contralateral envía información a través de la colateral de Schaffer a las neuronas piramidales CA1.
Los cambios plásticos que ocurren en el hipocampo participan en la dirección del proceso mediante el cual se almacenan los recuerdos. Las garantías de Schaffer afectan al hipocampo para desarrollar plasticidad sináptica a corto plazo (plasticidad a corto plazo) y a largo plazo (plasticidad a largo plazo) en términos de almacenamiento de información y cambios en la eficiencia de la transmisión sináptica después de una actividad sináptica previa.
La potenciación a largo plazo (LTP) en la formación del hipocampo es un modelo de ejemplo de plasticidad neuronal . [7] Como sinapsis de muestra se han utilizado las sinapsis colaterales de Schaffer, una sinapsis glutamatérgica excitadora típica de la corteza que ha sido muy bien estudiada para intentar identificar las reglas tanto de los patrones de estimulación en reglas eléctricas como de los mecanismos químicos por qué sinapsis se vuelven persistentemente más fuertes y cuáles también se debilitan persistentemente. Los LTP están involucrados en cómo las personas almacenan información y cómo la recuperan e involucran redes de recuerdos que también están involucrados en hechos y emociones porque el hipocampo es la parte del sistema límbico conectado a la amígdala .
La LTP en el hipocampo es un modelo importante de plasticidad neuronal que contribuye al aprendizaje y la memoria. [7] Las colaterales de Schaffer son los axones de las neuronas en las regiones CA3 del hipocampo que forman sinapsis en las regiones CA1.
El hipocampo es parte del proceso de retroalimentación que envía señales para detener la producción de cortisol . Así, un hipocampo dañado puede provocar pérdida de memoria e incapacidad de la función cognitiva . Además, como el hipocampo es la región que controla los procesos de aprendizaje y memoria, la investigación sobre las colaterales de Schaffer puede ayudar a encontrar tratamientos para enfermedades relacionadas con el hipocampo o sus vías de procesamiento neuronal, como la enfermedad de Alzheimer , un trastorno neurodegenerativo .
La potenciación a largo plazo (LTP) de la fuerza sináptica en las sinapsis colaterales de Schaffer se ha atribuido en gran medida a cambios en el número y las propiedades biofísicas de los receptores AMPA (AMPAR). [8] La neuropsina tiene un efecto regulador sobre la LTP colateral de Schaffer en el hipocampo de rata. [7]
El hipocampo funcional necesita almacenar recuerdos a largo plazo. Una vez que los recuerdos se almacenan, permanecen almacenados durante mucho tiempo. Los cambios a largo plazo en la eficacia sináptica en el hipocampo pueden ser inducidos por diferentes patrones de estimulación que generan despolarización presináptica y postsináptica [9] La estimulación theta burst de las colaterales de Schaffer puede ser suficiente para inducir LTP al promover la formación de actina filamentosa en las dendritas CA1 . [10] Dentro del cerebro de los mamíferos , algunos patrones de actividad sináptica producen potenciación a largo plazo (LTP), que es un aumento duradero en la fuerza sináptica y depresión a largo plazo (LTD), que es una disminución duradera en la fuerza sináptica.
La plasticidad a largo plazo en las sinapsis del hipocampo puede ser inducida por diferentes patrones de estimulación que generan despolarización pre y postsináptica . Estos cambios sinápticos pueden conducir claramente a modificaciones en la función del circuito y a la plasticidad del comportamiento. Algunos patrones de actividad sináptica producen un aumento extenso en la fuerza sináptica, también conocido como potenciación a largo plazo (LTP). En el hipocampo, la LTP en la colateral-CA1 de Schaffer modula las propiedades biofísicas de los receptores AMPA. Además, SK2 , canal de K+ activado por Ca2+ de pequeña conductancia , cambia la forma de los potenciales postsinápticos excitadores (EPSP) al acoplarse con receptores de N-metil D-aspartato ( receptores NMDA ). La investigación de Lin MT, et al. fue diseñado para investigar si los canales SK2 participan en cambios sinápticos cuando una disminución dependiente de la actividad contribuye a la LTP. [8]
Los canales SK2 son canales iónicos que se activan mediante un aumento en la concentración de calcio intracelular y como resultado de permitir que el catión K+ cruce la membrana celular. El doble marcaje con inmunooro identificó que los canales SK2 y NMDA cohabitan dentro de la densidad postsináptica (PSD) de las regiones CA1 del hipocampo . Los autores utilizaron el emparejamiento theta-burst (TBP) para producir una potenciación rápida de la fuerza sináptica y evocar la LTP que se induce simultáneamente pero cuyos niveles de expresión varían inversamente con el tiempo, y el resultado de la inducción de TBP se comparó con el grupo de control. El resultado mostró que la inducción de LTP por TBP aumentó significativamente el nivel de EPSP . Cuando la fuerza del estímulo se redujo por debajo del umbral del potencial de acción , se agregó apamina , una neurotoxina , para evaluar la contribución de la actividad SK2 a los EPSP. Esto resultó en un aumento en el nivel de EPSP con bloqueo de los canales SK2. La inducción de LTP por TBP suprime la contribución del canal SK2 a los EPSP. Cuando se aplicó la inducción de LTP química, no se encontraron inmunopartículas para SK2 dentro de la PSD de las sinapsis asimétricas. Sin embargo, las inmunopartículas SK2 se observaron dentro de las membranas intracelulares . La activación de la proteína quinasa A (PKA) regula negativamente la expresión superficial de SK2 porque la PKA regula la expresión superficial de los receptores AMPA , un receptor transmembrana ionotrópico de tipo no NMDA , en el hipocampo. Por lo tanto, la PKA disminuye la actividad de los canales SK2 dependientes de LTP. Ver garantía de Schaffer # Plasticidad a largo plazo.
La plasticidad sináptica a corto plazo sufre importantes cambios dependientes de la edad que tienen implicaciones cruciales durante el desarrollo del sistema nervioso . [2]
Los transmisores se liberan desde las terminales presinápticas mediante la fusión de vesículas a la membrana, que están llenas de neurotransmisores como el glutamato . Las vesículas se exocitan y los neurotransmisores vuelven a entrar en la terminal presináptica para su reutilización. Estas vesículas fusionadas luego vuelven a ingresar preferentemente al grupo de reciclaje rápido para su reutilización. Vesículas adicionales dentro del grupo de reserva de la terminal presináptica se liberan de acuerdo con despolarizaciones de amplitud más fuertes del axón presináptico debido a una mayor suma espacial o temporal de potenciales de acción, correspondiente a una mayor entrada de calcio polarizante . La tasa de endocitosis depende de la velocidad a la que las vesículas se reciclan en el grupo de reciclaje. [11]
La liberación multivesicular (MVR) ocurre en las sinapsis colaterales-CA1 de Schaffer cuando P se eleva por facilitación y esa MVR puede ser un fenómeno común a muchas sinapsis en todo el sistema nervioso central . [12]