Una dendrita (del griego δένδρον déndron , "árbol") o dendrón es una extensión protoplásmica ramificada de una célula nerviosa que propaga la estimulación electroquímica recibida de otras células neurales hasta el cuerpo celular, o soma , de la neurona desde la que se proyectan las dendritas. La estimulación eléctrica se transmite a las dendritas por neuronas ascendentes (generalmente a través de sus axones ) a través de sinapsis que se encuentran en varios puntos del árbol dendrítico.
Las dendritas desempeñan un papel fundamental en la integración de estas entradas sinápticas y en la determinación del grado en que la neurona produce potenciales de acción . [1]
Las dendritas son uno de los dos tipos de protuberancias protoplásmicas que salen del cuerpo celular de una neurona ; el otro tipo es un axón . Los axones se pueden distinguir de las dendritas por varias características que incluyen forma, longitud y función. Las dendritas suelen tener una forma cada vez más corta y son más cortas, mientras que los axones tienden a mantener un radio constante y pueden ser muy largos. Normalmente, los axones transmiten señales electroquímicas y las dendritas reciben las señales electroquímicas, aunque algunos tipos de neuronas en ciertas especies carecen de axones especializados y transmiten señales a través de sus dendritas. [3] Las dendritas proporcionan una superficie ampliada para recibir señales de las terminales de los axones de otras neuronas. [4] La dendrita de una célula piramidal grande recibe señales de unas 30.000 neuronas presinápticas. [5] Las sinapsis excitadoras terminan en espinas dendríticas , pequeñas protuberancias de la dendrita con una alta densidad de receptores de neurotransmisores . La mayoría de las sinapsis inhibidoras contactan directamente con el eje dendrítico.
La actividad sináptica provoca cambios locales en el potencial eléctrico a través de la membrana plasmática de la dendrita. Este cambio en el potencial de membrana se extenderá pasivamente a lo largo de la dendrita, pero se debilita con la distancia sin un potencial de acción . Para generar un potencial de acción, muchas sinapsis excitadoras deben estar activas al mismo tiempo, lo que conduce a una fuerte despolarización de la dendrita y del cuerpo celular ( soma ). El potencial de acción, que normalmente comienza en el montículo del axón , se propaga a lo largo del axón hasta las terminales del axón, donde desencadena la liberación de neurotransmisores, pero también hacia atrás hacia la dendrita (propagación retrógrada), lo que proporciona una señal importante para el momento del pico. -plasticidad dependiente (STDP). [4]
La mayoría de las sinapsis son axodendríticas e involucran un axón que envía señales a una dendrita. También hay sinapsis dendrodendríticas , que envían señales de una dendrita a otra. [6] Una autapsis es una sinapsis en la que el axón de una neurona transmite señales a su propia dendrita.
La estructura general de la dendrita se utiliza para clasificar las neuronas en tipos multipolares , bipolares y unipolares . Las neuronas multipolares están compuestas por un axón y muchos árboles dendríticos. Las células piramidales son neuronas corticales multipolares con cuerpos celulares en forma de pirámide y grandes dendritas que se extienden hacia la superficie de la corteza ( dendritas apicales ). Las neuronas bipolares tienen dos dendritas principales en los extremos opuestos del cuerpo celular. Muchas neuronas inhibidoras tienen esta morfología. Las neuronas unipolares, típicas de los insectos, tienen un tallo que se extiende desde el cuerpo celular y que se separa en dos ramas, una que contiene las dendritas y la otra con los botones terminales. En los vertebrados, las neuronas sensoriales que detectan el tacto o la temperatura son unipolares. [6] [7] [8] La ramificación dendrítica puede ser extensa y en algunos casos es suficiente para recibir hasta 100.000 entradas a una sola neurona. [4]
El término dendritas fue utilizado por primera vez en 1889 por Wilhelm His para describir el número de "procesos protoplásmicos" más pequeños que estaban adheridos a una célula nerviosa . [9] Al anatomista alemán Otto Friedrich Karl Deiters generalmente se le atribuye el descubrimiento del axón al distinguirlo de las dendritas.
Algunas de las primeras grabaciones intracelulares en un sistema nervioso fueron realizadas a finales de la década de 1930 por Kenneth S. Cole y Howard J. Curtis. El suizo Rüdolf Albert von Kölliker y el alemán Robert Remak fueron los primeros en identificar y caracterizar el segmento inicial axonal . Alan Hodgkin y Andrew Huxley también emplearon el axón gigante del calamar (1939) y en 1952 habían obtenido una descripción cuantitativa completa de la base iónica del potencial de acción, lo que condujo a la formulación del modelo de Hodgkin-Huxley . Hodgkin y Huxley recibieron conjuntamente el Premio Nobel por este trabajo en 1963. Las fórmulas que detallan la conductancia axonal se extendieron a los vertebrados en las ecuaciones de Frankenhaeuser-Huxley. Louis-Antoine Ranvier fue el primero en describir los espacios o nodos que se encuentran en los axones y, por esta contribución, estas características axonales ahora se conocen comúnmente como nodos de Ranvier. Santiago Ramón y Cajal, un anatomista español, propuso que los axones eran los componentes de salida de las neuronas. [10] También propuso que las neuronas eran células discretas que se comunicaban entre sí a través de uniones o espacios especializados entre células, ahora conocidos como sinapsis. Ramón y Cajal mejoró un proceso de tinción con plata conocido como método de Golgi, que había sido desarrollado por su rival, Camillo Golgi . [11]
Durante el desarrollo de las dendritas, varios factores pueden influir en la diferenciación. Estos incluyen la modulación de los estímulos sensoriales, los contaminantes ambientales, la temperatura corporal y el consumo de drogas. [12] Por ejemplo, se descubrió que las ratas criadas en ambientes oscuros tenían un número reducido de espinas en las células piramidales ubicadas en la corteza visual primaria y un cambio marcado en la distribución de la ramificación de las dendritas en las células estrelladas de la capa 4. [13] Los experimentos realizados in vitro e in vivo han demostrado que la presencia de aferentes y actividad de entrada per se puede modular los patrones en los que se diferencian las dendritas. [14]
Se sabe poco sobre el proceso mediante el cual las dendritas se orientan in vivo y se ven obligadas a crear el intrincado patrón de ramificación exclusivo de cada clase neuronal específica. Una teoría sobre el mecanismo del desarrollo del árbol dendrítico es la hipótesis sinaptotrópica. La hipótesis sinaptotrópica propone que las entradas de una célula presináptica a una postsináptica (y la maduración de las entradas sinápticas excitadoras) eventualmente pueden cambiar el curso de la formación de sinapsis en los ejes dendríticos y axonales. [15]
Esta formación de sinapsis es necesaria para el desarrollo de la estructura neuronal en el cerebro en funcionamiento. Un equilibrio entre los costos metabólicos de la elaboración dendrítica y la necesidad de cubrir el campo receptivo presumiblemente determina el tamaño y la forma de las dendritas. Una compleja gama de señales extracelulares e intracelulares modula el desarrollo de las dendritas, incluidos factores de transcripción, interacciones entre receptor y ligando, diversas vías de señalización, maquinaria de traducción local, elementos citoesqueléticos, puestos avanzados de Golgi y endosomas. Estos contribuyen a la organización de las dendritas en los cuerpos celulares individuales y a la ubicación de estas dendritas en el circuito neuronal. Por ejemplo, se demostró que la proteína 1 de unión al código postal de β-actina (ZBP1) contribuye a la ramificación dendrítica adecuada.
Otros factores de transcripción importantes implicados en la morfología de las dendritas incluyen CUT, Abrupt, Collier, Spineless, ACJ6/drifter, CREST, NEUROD1, CREB, NEUROG2, etc. Las proteínas secretadas y los receptores de la superficie celular incluyen neurotrofinas y receptores de tirosina quinasa, BMP7, Wnt/desaliñado. , EPHB 1–3, semaforina/plexina-neuropilina, hendidura-robo, netrina-agotada, reelina. Rac, CDC42 y RhoA sirven como reguladores del citoesqueleto y la proteína motora incluye KIF5, dineína y LIS1. Las vías secretoras y endocíticas importantes que controlan el desarrollo dendrítico incluyen DAR3/SAR1, DAR2/Sec23, DAR6/Rab1, etc. Todas estas moléculas interactúan entre sí para controlar la morfogénesis dendrítica, incluida la adquisición de la arborización dendrítica específica del tipo, la regulación del tamaño de las dendritas y la Organización de las dendritas que emanan de diferentes neuronas. [1] [16]
La arborización dendrítica, también conocida como ramificación dendrítica, es un proceso biológico de varios pasos mediante el cual las neuronas forman nuevos árboles y ramas dendríticas para crear nuevas sinapsis. [1] Las dendritas en muchos organismos asumen diferentes patrones morfológicos de ramificación. La morfología de las dendritas, como la densidad de ramas y los patrones de agrupación, están altamente correlacionadas con la función de la neurona. La malformación de las dendritas también está estrechamente relacionada con el deterioro de la función del sistema nervioso. [14]
Las morfologías ramificadas pueden asumir una estructura adendrítica (sin estructura ramificada o sin forma de árbol) o una estructura de radiación similar a un árbol. Los patrones de arborización en forma de árbol pueden ser fusiformes (donde dos dendritas irradian desde polos opuestos de un cuerpo celular con pocas ramas, ver neuronas bipolares ), esféricos (donde las dendritas irradian en una parte o en todas las direcciones desde un cuerpo celular, ver células granulares cerebelosas ), laminar (donde las dendritas pueden irradiar de forma plana, desplazadas del cuerpo celular por uno o más tallos, o multiplanares, ver células horizontales de la retina , células ganglionares de la retina , células amacrinas de la retina respectivamente), cilíndrica (donde las dendritas irradian en todas direcciones en un cilindro, en forma de disco, ver neuronas pálidas ), cónico (las dendritas se irradian como un cono alejándose del cuerpo celular, ver células piramidales ), o en abanico (donde las dendritas se irradian como un abanico plano como en las células de Purkinje ).
La estructura y ramificación de las dendritas de una neurona, así como la disponibilidad y variación de la conductancia iónica dependiente de voltaje , influyen fuertemente en cómo la neurona integra la información de otras neuronas. Esta integración es tanto temporal, que implica la suma de estímulos que llegan en rápida sucesión, como espacial, que implica la agregación de estímulos excitadores e inhibidores de ramas separadas. [17]
Alguna vez se pensó que las dendritas simplemente transmitían estimulación eléctrica de forma pasiva. Esta transmisión pasiva significa que los cambios de voltaje medidos en el cuerpo celular son el resultado de la activación de las sinapsis distales que propagan la señal eléctrica hacia el cuerpo celular sin la ayuda de canales iónicos dependientes de voltaje . La teoría del cable pasivo describe cómo los cambios de voltaje en una ubicación particular de una dendrita transmiten esta señal eléctrica a través de un sistema de segmentos de dendrita convergentes de diferentes diámetros, longitudes y propiedades eléctricas. Con base en la teoría del cable pasivo, se puede rastrear cómo los cambios en la morfología dendrítica de una neurona impactan el voltaje de la membrana en el cuerpo celular y, por lo tanto, cómo la variación en las arquitecturas dendríticas afecta las características generales de salida de la neurona. [18] [19]
Los potenciales de acción iniciados en el montículo del axón se propagan nuevamente hacia el árbol dendrítico. Estos potenciales de acción de retropropagación despolarizan la membrana dendrítica y proporcionan una señal crucial para la modulación de la sinapsis y la potenciación a largo plazo . La retropropagación no es completamente pasiva, sino que está modulada por la presencia de canales de potasio dendríticos dependientes de voltaje . Además, en ciertos tipos de neuronas, un tren de potenciales de acción que se propagan hacia atrás puede inducir un potencial de acción de calcio (un pico dendrítico ) en las zonas de iniciación dendríticas. [20] [21]
Las propias dendritas parecen ser capaces de realizar cambios plásticos durante la vida adulta de los animales, incluidos los invertebrados. [22] Las dendritas neuronales tienen varios compartimentos conocidos como unidades funcionales que pueden calcular los estímulos entrantes. Estas unidades funcionales participan en el procesamiento de entradas y están compuestas por subdominios de dendritas, como espinas, ramas o grupos de ramas. Por lo tanto, la plasticidad que conduce a cambios en la estructura dendrítica afectará la comunicación y el procesamiento en la célula. Durante el desarrollo, la morfología de las dendritas está determinada por programas intrínsecos dentro del genoma de la célula y factores extrínsecos, como las señales de otras células. Pero en la vida adulta, las señales extrínsecas se vuelven más influyentes y provocan cambios más significativos en la estructura de las dendritas en comparación con las señales intrínsecas durante el desarrollo. En las mujeres, la estructura dendrítica puede cambiar como resultado de condiciones fisiológicas inducidas por hormonas durante períodos como el embarazo, la lactancia y el seguimiento del ciclo estral. Esto es particularmente visible en las células piramidales de la región CA1 del hipocampo, donde la densidad de las dendritas puede variar hasta un 30%. [14]
Observaciones experimentales recientes sugieren que la adaptación se realiza en los árboles dendríticos neuronales, donde se observó que la escala de tiempo de adaptación es tan solo de varios segundos. [23] [24] Ciertas arquitecturas de aprendizaje automático basadas en árboles dendríticos han demostrado simplificar el algoritmo de aprendizaje sin afectar el rendimiento. [25]
La célula nerviosa con sus procesos ininterrumpidos fue descrita por Otto Friedrich Karl Deiters (1834-1863) en un trabajo que fue completado por Max Schultze (1825-1874) en 1865, dos años después de que Deiters muriera de fiebre tifoidea. Este trabajo retrató el cuerpo celular con un único "eje cilíndrico" principal y varios "procesos protoplásmicos" más pequeños (ver figura 3.19). Estos últimos pasarían a ser conocidos como “dendritas”, término acuñado por Wilhelm His (1831-1904) en 1889.
