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columna dendrítica

Una espina dendrítica (o columna vertebral ) es una pequeña protuberancia membranosa de la dendrita de una neurona que normalmente recibe información de un solo axón en la sinapsis . Las espinas dendríticas sirven como lugar de almacenamiento de la fuerza sináptica y ayudan a transmitir señales eléctricas al cuerpo celular de la neurona. La mayoría de las espinas tienen una cabeza bulbosa (la cabeza de la columna) y un cuello delgado que conecta la cabeza de la columna con el eje de la dendrita. Las dendritas de una sola neurona pueden contener de cientos a miles de espinas. Además de que las espinas proporcionan un sustrato anatómico para el almacenamiento de la memoria y la transmisión sináptica, también pueden servir para aumentar el número de posibles contactos entre neuronas. [1] También se ha sugerido que los cambios en la actividad de las neuronas tienen un efecto positivo en la morfología de la columna. [2]

Estructura

Las espinas dendríticas son pequeñas y el volumen de la cabeza de la columna oscila entre 0,01 μm 3 y 0,8 μm 3 . Las espinas con fuertes contactos sinápticos suelen tener una cabeza grande, que se conecta a la dendrita a través de un cuello membranoso. Las clases más notables de forma de columna son "delgada", "rechoncha", "en forma de hongo" y "bifurcada". Los estudios de microscopía electrónica han demostrado que existe una continuidad de formas entre estas categorías. [3] Se cree que la forma y el volumen variables de la columna están correlacionados con la fuerza y ​​madurez de cada sinapsis de la columna.

Distribución

Las espinas dendríticas generalmente reciben información excitadora de los axones, aunque a veces se establecen conexiones tanto inhibidoras como excitadoras en la misma cabeza de la columna. [4] La proximidad del axón excitador a las espinas dendríticas no es suficiente para predecir la presencia de una sinapsis, como lo demostró el laboratorio de Lichtman en 2015. [5]

Las espinas se encuentran en las dendritas de la mayoría de las neuronas principales del cerebro, incluidas las neuronas piramidales de la neocorteza , las neuronas espinosas medias del cuerpo estriado y las células de Purkinje del cerebelo . Las espinas dendríticas se producen con una densidad de hasta 5 espinas/1 μm de tramo de dendrita. Las neuronas piramidales corticales y del hipocampo pueden recibir decenas de miles de entradas, en su mayoría excitadoras, de otras neuronas en sus igualmente numerosas espinas, mientras que el número de espinas en las dendritas de las neuronas de Purkinje es un orden de magnitud mayor.

Citoesqueleto y organelos

El citoesqueleto de las espinas dendríticas es particularmente importante en su plasticidad sináptica ; Sin un citoesqueleto dinámico, las espinas serían incapaces de cambiar rápidamente sus volúmenes o formas en respuesta a los estímulos. Estos cambios de forma podrían afectar las propiedades eléctricas de la columna. El citoesqueleto de las espinas dendríticas está formado principalmente de actina filamentosa ( actina F ). tubulina Están presentes monómeros y proteínas asociadas a microtúbulos (MAP), y microtúbulos organizados . [6] Debido a que las espinas tienen un citoesqueleto compuesto principalmente de actina, esto les permite tener una forma y un tamaño muy dinámicos. El citoesqueleto de actina determina directamente la morfología de la columna vertebral, y los reguladores de actina, pequeñas GTPasas como Rac , RhoA y CDC42 , modifican rápidamente este citoesqueleto. Rac1 hiperactivo da como resultado espinas dendríticas consistentemente más pequeñas.

Además de su actividad electrofisiológica y su actividad mediada por receptores, las espinas parecen ser vesicularmente activas e incluso pueden traducir proteínas . Se han identificado discos apilados del retículo endoplásmico liso (SER) en espinas dendríticas. La formación de este " aparato espinal " depende de la proteína sinaptopodina y se cree que desempeña un papel importante en la manipulación del calcio. También se han identificado vesículas "lisas" en las espinas, que apoyan la actividad vesicular en las espinas dendríticas. La presencia de polirribosomas en las espinas también sugiere actividad de traducción de proteínas en la propia columna, no solo en la dendrita.

Morfogénesis

La morfogénesis de las espinas dendríticas es fundamental para la inducción de la potenciación a largo plazo (LTP). [7] [8] La morfología de la columna depende de los estados de la actina , ya sea en forma globular (actina G) o filamentosa (actina F). El papel de la familia Rho de GTPasas y sus efectos en la estabilidad de la actina y la motilidad de la columna [9] tiene implicaciones importantes para la memoria. Si la columna dendrítica es la unidad básica de almacenamiento de información, entonces debe limitarse la capacidad de la columna para extenderse y retraerse espontáneamente. De lo contrario, se puede perder información. La familia Rho de GTPasas hace contribuciones significativas al proceso que estimula la polimerización de actina, lo que a su vez aumenta el tamaño y la forma de la columna. [10] Las espinas grandes son más estables que las más pequeñas y pueden ser resistentes a la modificación mediante actividad sináptica adicional. [11] Debido a que los cambios en la forma y el tamaño de las espinas dendríticas se correlacionan con la fuerza de las conexiones sinápticas excitadoras y dependen en gran medida de la remodelación de su citoesqueleto de actina subyacente, [12] los mecanismos específicos de regulación de la actina y, por lo tanto, la familia Rho de GTPasas , son parte integral de la formación, maduración y plasticidad de las espinas dendríticas y del aprendizaje y la memoria.

Vía RhoA

Una de las principales Rho GTPasas implicadas en la morfogénesis de la columna es RhoA , una proteína que también modula la regulación y el ritmo de la división celular. En el contexto de la actividad en las neuronas, RhoA se activa de la siguiente manera: una vez que el calcio ha entrado en una célula a través de los receptores NMDA , se une a la calmodulina y activa CaMKII , lo que conduce a la activación de RhoA. [10] La activación de la proteína RhoA activará ROCK, una quinasa RhoA, lo que conduce a la estimulación de la quinasa LIM , que a su vez inhibe la proteína cofilina . La función de la cofilina es reorganizar el citoesqueleto de actina de una célula; es decir, despolimeriza los segmentos de actina y, por tanto, inhibe el crecimiento de los conos de crecimiento y la reparación de los axones. [13]

Un estudio realizado por Murakoshi et al. en 2011 implicó a las Rho GTPasas RhoA y Cdc42 en la morfogénesis de la columna dendrítica. Ambas GTPasas se activaron rápidamente en espinas dendríticas individuales de neuronas piramidales en la región CA1 del hipocampo de rata durante la plasticidad estructural provocada por estímulos de potenciación a largo plazo. La activación simultánea de RhoA y Cdc42 condujo a un aumento transitorio en el crecimiento de la columna de hasta un 300% durante cinco minutos, que decayó en un crecimiento más pequeño pero sostenido durante treinta minutos. [10] La activación de RhoA se difundió alrededor de la vecindad de la columna sometida a estimulación, y se determinó que RhoA es necesaria para la fase transitoria y muy probablemente para la fase sostenida, así como para el crecimiento de la columna.

vía cdc42

Cdc42 ha sido implicado en muchas funciones diferentes, incluido el crecimiento dendrítico, la ramificación y la estabilidad de las ramas. [14] El ingreso de calcio a la célula a través de receptores NMDA se une a la calmodulina y activa las proteínas quinasas II dependientes de Ca2+/calmodulina (CaMKII). A su vez, CaMKII se activa y esto activa Cdc42, después de lo cual no se produce ninguna señalización de retroalimentación aguas arriba del calcio y CaMKII. Si se etiqueta con proteína fluorescente verde monomérica mejorada, se puede ver que la activación de Cdc42 se limita solo a la espina estimulada de una dendrita. Esto se debe a que la molécula se activa continuamente durante la plasticidad y se inactiva inmediatamente después de difundirse fuera de la columna. A pesar de su actividad compartimentada, Cdc42 sigue siendo móvil fuera de la columna estimulada, al igual que RhoA. Cdc42 activa PAK, que es una proteína quinasa que fosforila específicamente y, por lo tanto, inactiva ADF/cofilina. [15] La inactivación de la cofilina conduce a una mayor polimerización de actina y expansión del volumen de la columna. Se requiere la activación de Cdc42 para que se mantenga este aumento en el volumen espinal.

Cambios observados en la plasticidad estructural.

La entrada de calcio a través de los receptores NMDA activa CAMKII. CAMKII luego regula varias otras cascadas de señalización que modulan la actividad de las proteínas de unión a actina cofilina y profilina. Estas cascadas se pueden dividir en dos vías principales, las vías RhoA y Cdc42, que están mediadas principalmente por estos miembros de la familia Rho de GTPasas. En la etapa transitoria, la cascada de señalización causada por la actividad sináptica da como resultado que LIMK1 fosforile ADF/cofilina a través de las vías RhoA y Cdc42, lo que a su vez inhibe la despolimerización de la actina F y aumenta drásticamente el volumen de la columna dendrítica al tiempo que induce LTP. .

Murakoshi, Wang y Yasuda (2011) examinaron los efectos de la activación de Rho GTPasa sobre la plasticidad estructural de espinas dendríticas individuales, aclarando las diferencias entre las fases transitoria y sostenida. [10]

Cambios transitorios en la plasticidad estructural.

La aplicación de un tren de baja frecuencia de liberación de glutamato de dos fotones en una sola espina dendrítica puede provocar una activación rápida tanto de RhoA como de Cdc42. Durante los siguientes dos minutos, el volumen de la columna estimulada puede expandirse hasta el 300 por ciento de su tamaño original. Sin embargo, este cambio en la morfología de la columna es sólo temporal; el volumen de la columna disminuye después de cinco minutos. La administración de C3 transferasa, un inhibidor de Rho, o glicil-H1152, un inhibidor de Rock, inhibe la expansión transitoria de la columna, lo que indica que se requiere de alguna manera la activación de la vía Rho-Rock para este proceso. [10]

Cambios sostenidos en la plasticidad estructural.

Por el contrario, la etapa sostenida se centra más en activar la vía RhoA, lo que finalmente resulta en una mayor concentración de profilina, lo que previene la polimerización adicional de actina y disminuye el tamaño de la espina dendrítica desde la etapa transitoria, aunque aún le permite permanecer. a un nivel elevado en comparación con una columna no potenciada.

Después de que se producen los cambios transitorios descritos anteriormente, el volumen de la columna disminuye hasta elevarse entre un 70 y un 80 por ciento del volumen original. Este cambio sostenido de plasticidad estructural durará unos treinta minutos. Una vez más, la administración de C3 transferasa y Glycyl-H1152 suprimió este crecimiento, lo que sugiere que la vía Rho-Rock es necesaria para aumentos más persistentes del volumen espinal. Además, la administración del dominio de unión a Cdc42 de Wasp o del inhibidor dirigido a la activación-3 de Pak1 (IPA3) disminuye este crecimiento sostenido en volumen, lo que demuestra que la vía Cdc42-Pak también es necesaria para este crecimiento en el volumen espinal. Esto es importante porque los cambios sostenidos en la plasticidad estructural pueden proporcionar un mecanismo para la codificación, mantenimiento y recuperación de recuerdos. Las observaciones realizadas pueden sugerir que las Rho GTPasas son necesarias para estos procesos. [10]

Fisiología

Actividad del receptor

Las espinas dendríticas expresan receptores de glutamato (p. ej., receptor AMPA y receptor NMDA ) en su superficie. El receptor TrkB para BDNF también se expresa en la superficie de la columna y se cree que desempeña un papel en la supervivencia de la columna. La punta de la columna contiene una región densa en electrones denominada " densidad postsináptica " (PSD). El PSD se une directamente a la zona activa de su axón sináptico y comprende aproximadamente 10% del área de superficie de la membrana de la columna; Los neurotransmisores liberados desde la zona activa se unen a receptores en la densidad postsináptica de la columna. La mitad de los axones y las espinas dendríticas que hacen sinapsis están físicamente unidos por cadherina dependiente de calcio , que forma uniones adherentes de célula a célula entre dos neuronas.

Los receptores de glutamato (GluR) están localizados en la densidad postsináptica y están anclados a la membrana mediante elementos citoesqueléticos. Están ubicados directamente encima de su maquinaria de señalización, que generalmente está unida a la parte inferior de la membrana plasmática, lo que permite que las señales transmitidas por los GluR al citosol se propaguen aún más por sus elementos de señalización cercanos para activar cascadas de transducción de señales . La localización de los elementos de señalización en sus GluR es particularmente importante para garantizar la activación de la cascada de señales, ya que los GluR no podrían afectar efectos particulares posteriores sin señalizadores cercanos.

La señalización de los GluR está mediada por la presencia de una gran cantidad de proteínas, especialmente quinasas, que se localizan en la densidad postsináptica. Estos incluyen calmodulina dependiente de calcio , CaMKII (proteína quinasa II dependiente de calmodulina), PKC (proteína quinasa C), PKA (proteína quinasa A), proteína fosfatasa-1 (PP-1) y tirosina quinasa Fyn . Ciertos señalizadores, como CaMKII, se regulan positivamente en respuesta a la actividad.

Las espinas son particularmente ventajosas para las neuronas al compartimentar las señales bioquímicas. Esto puede ayudar a codificar cambios en el estado de una sinapsis individual sin afectar necesariamente el estado de otras sinapsis de la misma neurona. La longitud y el ancho del cuello de la columna tienen un gran efecto en el grado de compartimentación, siendo las espinas delgadas las más aisladas bioquímicamente.

Plasticidad

Las espinas dendríticas son muy "plásticas", es decir, cambian significativamente en forma, volumen y número en cortos períodos de tiempo. Debido a que las espinas tienen un citoesqueleto principalmente de actina , son dinámicas y la mayoría de las espinas cambian su forma en segundos o minutos debido a la dinámica de la remodelación de actina . Además, el número de espinas es muy variable y las espinas van y vienen; En cuestión de horas, entre el 10 y el 20% de las espinas pueden aparecer o desaparecer espontáneamente en las células piramidales de la corteza cerebral, aunque las espinas más grandes con forma de "hongo" son las más estables.

El mantenimiento y la plasticidad de la columna vertebral dependen de la actividad [16] y son independientes de la actividad. El BDNF determina parcialmente los niveles de la columna, [17] y se necesitan niveles bajos de actividad del receptor AMPA para mantener la supervivencia de la columna, y la actividad sináptica que involucra a los receptores NMDA estimula el crecimiento de la columna. Además, la microscopía de barrido láser de dos fotones y la microscopía confocal han demostrado que el volumen de la columna vertebral cambia según los tipos de estímulos que se presentan a una sinapsis.

Importancia para el aprendizaje y la memoria.

Evidencia de importancia

Una representación de la formación y eliminación de la columna.
Formación y eliminación de la columna vertebral dependiente de la experiencia.

La plasticidad de la columna está implicada en la motivación , el aprendizaje y la memoria . [18] [19] [20] En particular, la memoria a largo plazo está mediada en parte por el crecimiento de nuevas espinas dendríticas (o el agrandamiento de espinas preexistentes) para reforzar una vía neuronal particular. Debido a que las espinas dendríticas son estructuras plásticas cuya vida útil está influenciada por la actividad de entrada, [21] la dinámica de la columna puede desempeñar un papel importante en el mantenimiento de la memoria a lo largo de la vida.

Los cambios dependientes de la edad en la tasa de recambio de la columna vertebral sugieren que la estabilidad de la columna afecta el aprendizaje del desarrollo. En la juventud, el recambio de las espinas dendríticas es relativamente alto y produce una pérdida neta de espinas. [1] [22] [23] Esta alta tasa de recambio de la columna vertebral puede caracterizar períodos críticos del desarrollo y reflejar la capacidad de aprendizaje en la adolescencia: diferentes áreas corticales exhiben diferentes niveles de recambio sináptico durante el desarrollo, lo que posiblemente refleja distintos períodos críticos para regiones cerebrales específicas. [19] [22] En la edad adulta, sin embargo, la mayoría de las espinas permanecen persistentes y la vida media de las espinas aumenta. [1] Esta estabilización se produce debido a una desaceleración de la eliminación de la columna vertebral regulada por el desarrollo, un proceso que puede ser la base de la estabilización de los recuerdos en la madurez. [1] [22]

Los cambios inducidos por la experiencia en la estabilidad de la columna dendrítica también apuntan a la rotación de la columna como un mecanismo involucrado en el mantenimiento de los recuerdos a largo plazo, aunque no está claro cómo la experiencia sensorial afecta los circuitos neuronales. Dos modelos generales podrían describir el impacto de la experiencia en la plasticidad estructural. Por un lado, la experiencia y la actividad pueden impulsar la formación discreta de conexiones sinápticas relevantes que almacenan información significativa para permitir el aprendizaje. Por otro lado, las conexiones sinápticas pueden formarse en exceso, y la experiencia y la actividad pueden conducir a la poda de conexiones sinápticas extrañas. [1]

En animales de laboratorio de todas las edades, el enriquecimiento ambiental se ha relacionado con la ramificación dendrítica, la densidad de las espinas y el número total de sinapsis. [1] Además, se ha demostrado que el entrenamiento de habilidades conduce a la formación y estabilización de nuevas columnas mientras desestabiliza las viejas, [18] [24], lo que sugiere que el aprendizaje de una nueva habilidad implica un proceso de recableado de circuitos neuronales. Dado que el grado de remodelación de la columna se correlaciona con el éxito del aprendizaje, esto sugiere un papel crucial de la plasticidad estructural sináptica en la formación de la memoria. [24] Además, los cambios en la estabilidad y el fortalecimiento de la columna se producen rápidamente y se han observado pocas horas después del entrenamiento. [18] [19]

Por el contrario, mientras que el enriquecimiento y el entrenamiento están relacionados con aumentos en la formación y estabilidad de la columna, la privación sensorial a largo plazo conduce a un aumento en la tasa de eliminación de la columna [1] [22] y, por lo tanto, afecta los circuitos neuronales a largo plazo. Al restaurar la experiencia sensorial después de la privación en la adolescencia, la eliminación de las espinas se acelera, lo que sugiere que la experiencia juega un papel importante en la pérdida neta de las espinas durante el desarrollo. [22] Además, se ha demostrado que otros paradigmas de privación sensorial, como el recorte de bigotes, aumentan la estabilidad de las nuevas espinas. [25]

La investigación sobre enfermedades y lesiones neurológicas arroja más luz sobre la naturaleza y la importancia del recambio de la columna. Después de un accidente cerebrovascular , se produce un marcado aumento en la plasticidad estructural cerca del sitio del trauma, y ​​se ha observado un aumento de cinco a ocho veces con respecto a las tasas de control en el recambio de la columna. [26] Las dendritas se desintegran y se vuelven a ensamblar rápidamente durante la isquemia ; al igual que en el accidente cerebrovascular, los supervivientes mostraron un aumento en el recambio de la columna dendrítica. [27] Si bien se observa una pérdida neta de espinas en la enfermedad de Alzheimer y en los casos de discapacidad intelectual , el uso de cocaína y anfetaminas se ha relacionado con aumentos en las ramificaciones dendríticas y la densidad de las espinas en la corteza prefrontal y el núcleo accumbens . [28] Debido a que se producen cambios significativos en la densidad de la columna en diversas enfermedades del cerebro y la médula espinal, esto sugiere un estado equilibrado de la dinámica de la columna en circunstancias normales, que puede ser susceptible al desequilibrio en diversas condiciones patológicas. [28] [29]

También hay algunas pruebas de la pérdida de espinas dendríticas como consecuencia del envejecimiento. Un estudio con ratones ha observado una correlación entre las reducciones relacionadas con la edad en las densidades de la columna vertebral en el hipocampo y las disminuciones dependientes de la edad en el aprendizaje y la memoria del hipocampo. [30] La evidencia emergente también ha demostrado anomalías de la columna dendrítica en las regiones de procesamiento del dolor del sistema nociceptivo de la médula espinal, incluidas las zonas superficiales e intermedias del asta dorsal. [31] [29] [32] [33]

En general, la evidencia sugiere que las espinas dendríticas son cruciales para el funcionamiento normal del cerebro y la médula espinal. Las alteraciones en la morfología de la columna pueden no sólo influir en la plasticidad sináptica y el procesamiento de la información, sino que también tienen un papel clave en muchas enfermedades neurológicas. Además, incluso cambios sutiles en las densidades o tamaños de las espinas dendríticas pueden afectar las propiedades de la red neuronal, [34] lo que podría provocar alteraciones cognitivas o del estado de ánimo, problemas de aprendizaje y memoria, así como hipersensibilidad al dolor. [29] Además, los hallazgos sugieren que mantener la salud de la columna mediante terapias como ejercicio, estimulación cognitiva y modificaciones del estilo de vida puede ser útil para preservar la plasticidad neuronal y mejorar los síntomas neurológicos.

Importancia cuestionada

A pesar de los hallazgos experimentales que sugieren un papel de la dinámica de la columna dendrítica en la mediación del aprendizaje y la memoria, el grado de importancia de la plasticidad estructural sigue siendo discutible. Por ejemplo, los estudios estiman que sólo una pequeña porción de la columna vertebral formada durante el entrenamiento contribuye realmente al aprendizaje permanente. [24] Además, la formación de nuevas espinas puede no contribuir significativamente a la conectividad del cerebro, y la formación de espinas puede no tener tanta influencia en la retención de la memoria como otras propiedades de la plasticidad estructural, como el aumento en el tamaño de cabezas de la columna vertebral. [35]

Modelado

Durante décadas, los teóricos han planteado hipótesis sobre la posible función eléctrica de las espinas, pero nuestra incapacidad para examinar sus propiedades eléctricas ha impedido hasta hace poco que el trabajo teórico avance demasiado. Los avances recientes en las técnicas de obtención de imágenes junto con el mayor uso de la liberación de glutamato de dos fotones han dado lugar a una gran cantidad de nuevos descubrimientos; Ahora sospechamos que hay canales de sodio, [36] potasio, [37] y calcio [38] dependientes del voltaje en las cabezas de la columna. [39]

La teoría del cable proporciona el marco teórico detrás del método más "simple" para modelar el flujo de corrientes eléctricas a lo largo de fibras neuronales pasivas. Cada columna puede tratarse como dos compartimentos, uno que representa el cuello y el otro la cabeza de la columna. Sólo el compartimento que representa la cabeza de la columna debe contener las propiedades activas.

Modelo continuo de Baer y Rinzel

Para facilitar el análisis de las interacciones entre muchas espinas, Baer y Rinzel formularon una nueva teoría del cable en la que la distribución de las espinas se trata como un continuo. [40] En esta representación, el voltaje de la cabeza de la columna es el promedio espacial local del potencial de membrana en las espinas adyacentes. La formulación mantiene la característica de que no existe un acoplamiento eléctrico directo entre espinas vecinas; El voltaje distribuido a lo largo de las dendritas es la única forma en que interactúan las espinas.

Modelo pico-difuso-pico

El modelo SDS fue concebido como una versión computacionalmente simple del modelo completo de Baer y Rinzel. [41] Fue diseñado para ser analíticamente manejable y tener la menor cantidad de parámetros libres posible, conservando al mismo tiempo los de mayor importancia, como la resistencia del cuello de la columna. El modelo abandona la aproximación del continuo y en su lugar utiliza una dendrita pasiva acoplada a espinas excitables en puntos discretos. La dinámica de las membranas en las espinas se modela mediante procesos de integración y fuego. Los eventos de pico se modelan de forma discreta con la forma de onda representada convencionalmente como una función rectangular.

Modelado de transitorios de calcio en la columna vertebral

Los transitorios de calcio en las espinas son un desencadenante clave de la plasticidad sináptica. [42] Los receptores NMDA , que tienen una alta permeabilidad al calcio, sólo conducen iones si el potencial de membrana está suficientemente despolarizado. Por lo tanto, la cantidad de calcio que ingresa a la columna durante la actividad sináptica depende de la despolarización de la cabeza de la columna. La evidencia de experimentos de imágenes de calcio ( microscopía de dos fotones ) y de modelos compartimentales indica que las espinas con cuellos de alta resistencia experimentan transitorios de calcio más grandes durante la actividad sináptica. [39] [43]

Desarrollo

Las espinas dendríticas pueden desarrollarse directamente a partir de ejes dendríticos o de filopodios dendríticos . [44] Durante la sinaptogénesis , las dendritas brotan rápidamente y retraen los filopodios, pequeñas protuberancias membranosas que carecen de orgánulos de membrana. Recientemente, se descubrió que la proteína MIM I-BAR contribuye al proceso de iniciación. [45] Durante la primera semana de nacimiento, en el cerebro predominan los filopodios, que eventualmente desarrollan sinapsis. Sin embargo, después de esta primera semana, los filopodios son reemplazados por dendritas espinosas, pero también por espinas pequeñas y rechonchas que sobresalen de las dendritas espinosas. En el desarrollo de ciertos filopodios en espinas, los filopodios reclutan contacto presináptico con la dendrita, lo que estimula la producción de espinas para manejar el contacto postsináptico especializado con las protuberancias presinápticas.

Las espinas, sin embargo, requieren maduración después de su formación. Las espinas inmaduras tienen capacidades de señalización deterioradas y, por lo general, carecen de "cabezas" (o tienen cabezas muy pequeñas), sólo cuellos, mientras que las espinas maduras mantienen tanto la cabeza como el cuello.

Significación clínica

Las investigaciones emergentes indican anomalías en la densidad de la columna en los trastornos de ansiedad . [4]

Los trastornos cognitivos como el TDAH , la enfermedad de Alzheimer , el autismo , la discapacidad intelectual y el síndrome de X frágil pueden ser el resultado de anomalías en las espinas dendríticas, especialmente en el número de espinas y su madurez. [46] [47] La ​​proporción de espinas maduras e inmaduras es importante en su señalización, ya que las espinas inmaduras tienen una señalización sináptica deteriorada. El síndrome de X frágil se caracteriza por una sobreabundancia de espinas inmaduras que tienen múltiples filopodios en las dendritas corticales.

Historia

Las espinas dendríticas fueron descritas por primera vez a finales del siglo XIX por Santiago Ramón y Cajal en las neuronas cerebelosas. [48] ​​Ramón y Cajal propuso entonces que las espinas dendríticas podrían servir como sitios de contacto entre neuronas. Así quedó demostrado más de 50 años después gracias a la aparición de la microscopía electrónica. [49] Hasta el desarrollo de la microscopía confocal en tejidos vivos, se admitía comúnmente que las espinas se formaban durante el desarrollo embrionario y luego permanecían estables después del nacimiento. En este paradigma, las variaciones del peso sináptico se consideraban suficientes para explicar los procesos de memoria a nivel celular. Pero desde hace aproximadamente una década, nuevas técnicas de microscopía confocal demostraron que las espinas dendríticas son en realidad estructuras móviles y dinámicas que sufren un recambio constante, incluso después del nacimiento. [50] [51] [44]

Referencias

  1. ^ abcdefg Álvarez VA, Sabatini BL (2007). "Plasticidad anatómica y fisiológica de espinas dendríticas". Revista Anual de Neurociencia . 30 : 79–97. doi :10.1146/annurev.neuro.30.051606.094222. PMID  17280523.
  2. ^ Tackenberg C, Ghori A, Brandt R (junio de 2009). "Delgado, rechoncho o en forma de hongo: patología de la columna en la enfermedad de Alzheimer". Investigación actual sobre el Alzheimer . 6 (3): 261–8. doi :10.2174/156720509788486554. PMID  19519307.
  3. ^ Ofer N, Berger DR, Kasthuri N, Lichtman JW, Yuste R (julio de 2021). "El análisis ultraestructural de los cuellos dendríticos de la columna vertebral revela un continuo de morfologías de la columna". Neurobiología del desarrollo . 81 (5): 746–757. doi :10.1002/dneu.22829. PMC 8852350 . PMID  33977655. S2CID  234472935. 
  4. ^ ab Evrard MR, Li M, Shen H, Smith SS (octubre de 2021). "La prevención de la poda sináptica de los adolescentes en la corteza prelímbica del ratón mediante la eliminación local de los receptores α4βδ GABAA aumenta la respuesta de ansiedad en la edad adulta". Informes científicos . 11 (1): 21059. Código bibliográfico : 2021NatSR..1121059E. doi :10.1038/s41598-021-99965-8. PMC 8548505 . PMID  34702942. 
  5. ^ Kasthuri N, Hayworth KJ, Berger DR, Schalek RL, Conchello JA, Knowles-Barley S, et al. (Julio de 2015). "Reconstrucción saturada de un volumen de neocortex". Celúla . 162 (3): 648–661. doi : 10.1016/j.cell.2015.06.054 . PMID  26232230.
  6. ^ Kapitein LC, Schlager MA, Kuijpers M, Wulf PS, van Spronsen M, MacKintosh FC, Hoogenraad CC (febrero de 2010). "Los microtúbulos mixtos dirigen el transporte de carga impulsado por dineína hacia las dendritas". Biología actual . 20 (4): 290–9. doi : 10.1016/j.cub.2009.12.052 . PMID  20137950. S2CID  12180359.
  7. ^ Kim CH, Lisman JE (junio de 1999). "El papel del filamento de actina en la transmisión sináptica y la potenciación a largo plazo". La Revista de Neurociencia . 19 (11): 4314–4324. doi : 10.1523/JNEUROSCI.19-11-04314.1999 . PMC 6782630 . PMID  10341235. 
  8. ^ Krucker T, Siggins GR, Halpain S (junio de 2000). "Se requieren filamentos de actina dinámicos para una potenciación estable a largo plazo (LTP) en el área CA1 del hipocampo". Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 97 (12): 6856–6861. Código Bib : 2000PNAS...97.6856K. doi : 10.1073/pnas.100139797 . PMC 18765 . PMID  10823894. 
  9. ^ Tashiro A, Yuste R (julio de 2004). "Regulación de la motilidad y estabilidad de la columna dendrítica por Rac1 y Rho quinasa: evidencia de dos formas de motilidad de la columna". Neurociencias Moleculares y Celulares . 26 (3): 429–440. doi : 10.1016/j.mcn.2004.04.001. PMID  15234347. S2CID  21100601.
  10. ^ abcdef Murakoshi H, Wang H, Yasuda R (abril de 2011). "Activación local y persistente de Rho GTPasas durante la plasticidad de espinas dendríticas individuales". Naturaleza . 472 (7341): 100–104. Código Bib :2011Natur.472..100M. doi : 10.1038/naturaleza09823. PMC 3105377 . PMID  21423166. 
  11. ^ Kasai H, Matsuzaki M, Noguchi J, Yasumatsu N, Nakahara H (julio de 2003). "Relaciones estructura-estabilidad-función de espinas dendríticas". Tendencias en Neurociencias . 26 (7): 360–368. doi :10.1016/S0166-2236(03)00162-0. PMID  12850432. S2CID  18436944.
  12. ^ Hotulainen P, Hoogenraad CC (mayo de 2010). "Actina en espinas dendríticas: conectar la dinámica con la función". La revista de biología celular . 189 (4): 619–629. doi :10.1083/jcb.201003008. PMC 2872912 . PMID  20457765. 
  13. ^ Kiss C, Li J, Szeles A, Gizatullin RZ, Kashuba VI, Lushnikova T, et al. (1 de enero de 1997). "Asignación de los genes ARHA y GPX1 a las bandas de cromosomas humanos 3p21.3 mediante hibridación in situ y con híbridos de células somáticas". Citogenética y genética celular . 79 (3–4): 228–230. doi :10.1159/000134729. PMID  9605859.
  14. ^ Scott EK, Reuters JE, Luo L (abril de 2003). "Se requiere la pequeña GTPasa Cdc42 para múltiples aspectos de la morfogénesis dendrítica". La Revista de Neurociencia . 23 (8): 3118–3123. doi :10.1523/JNEUROSCI.23-08-03118.2003. PMC 6742332 . PMID  12716918. 
  15. ^ Calabrese B, Wilson MS, Halpain S (febrero de 2006). "Desarrollo y regulación de las sinapsis de las espinas dendríticas". Fisiología . 21 (1): 38–47. doi :10.1152/fisiol.00042.2005. PMID  16443821.
  16. ^ De Roo M, Klauser P, Méndez P, Poglia L, Muller D (enero de 2008). "Formación de PSD dependiente de la actividad y estabilización de espinas recién formadas en cultivos de cortes de hipocampo". Corteza cerebral . 18 (1): 151–161. doi : 10.1093/cercor/bhm041 . PMID  17517683.
  17. ^ Kaneko M, Xie Y, An JJ, Stryker MP, Xu B (abril de 2012). "La síntesis dendrítica de BDNF es necesaria para la maduración tardía de la columna y la recuperación de las respuestas corticales después de la privación sensorial". La Revista de Neurociencia . 32 (14): 4790–4802. doi :10.1523/JNEUROSCI.4462-11.2012. PMC 3356781 . PMID  22492034. 
  18. ^ abc Xu T, Yu X, Perlik AJ, Tobin WF, Zweig JA, Tennant K, et al. (Diciembre de 2009). "Formación rápida y estabilización selectiva de sinapsis para recuerdos motores duraderos". Naturaleza . 462 (7275): 915–919. Código Bib :2009Natur.462..915X. doi : 10.1038/naturaleza08389. PMC 2844762 . PMID  19946267. 
  19. ^ abc Roberts TF, Tschida KA, Klein ME, Mooney R (febrero de 2010). "Rápida estabilización de la columna y mejora sináptica al inicio del aprendizaje conductual". Naturaleza . 463 (7283): 948–952. Código Bib :2010Natur.463..948R. doi : 10.1038/naturaleza08759. PMC 2918377 . PMID  20164928. 
  20. ^ Tschida KA, Mooney R (marzo de 2012). "El ensordecimiento impulsa cambios específicos del tipo de célula en las espinas dendríticas en un núcleo sensoriomotor importante para las vocalizaciones aprendidas". Neurona . 73 (5): 1028-1039. doi :10.1016/j.neuron.2011.12.038. PMC 3299981 . PMID  22405211. 
  21. ^ De Roo M, Klauser P, Muller D (septiembre de 2008). "LTP promueve una estabilización selectiva a largo plazo y agrupación de espinas dendríticas". Más biología . 6 (9): e219. doi : 10.1371/journal.pbio.0060219 . PMC 2531136 . PMID  18788894. 
  22. ^ abcde Zuo Y, Lin A, Chang P, Gan WB (abril de 2005). "Desarrollo de la estabilidad de la columna dendrítica a largo plazo en diversas regiones de la corteza cerebral". Neurona . 46 (2): 181–189. doi : 10.1016/j.neuron.2005.04.001 . PMID  15848798. S2CID  16232150.
  23. ^ Holtmaat AJ, Trachtenberg JT, Wilbrecht L, Shepherd GM, Zhang X, Knott GW, Svoboda K (enero de 2005). "Espinas dendríticas transitorias y persistentes en la neocorteza in vivo". Neurona . 45 (2): 279–291. doi : 10.1016/j.neuron.2005.01.003 . PMID  15664179. S2CID  13320649.
  24. ^ abc Yang G, Pan F, Gan WB (diciembre de 2009). "Las espinas dendríticas mantenidas de forma estable se asocian con recuerdos para toda la vida". Naturaleza . 462 (7275): 920–924. Código Bib :2009Natur.462..920Y. doi : 10.1038/naturaleza08577. PMC 4724802 . PMID  19946265. 
  25. ^ Holtmaat A, Wilbrecht L, Knott GW, Welker E, Svoboda K (junio de 2006). "Crecimiento de la columna vertebral en la neocorteza dependiente de la experiencia y específico del tipo de célula". Naturaleza . 441 (7096): 979–983. Código Bib :2006Natur.441..979H. doi : 10.1038/naturaleza04783. PMID  16791195. S2CID  4428322.
  26. ^ Brown CE, Li P, Boyd JD, Delaney KR, Murphy TH (abril de 2007). "Amplia renovación de espinas dendríticas y remodelación vascular en tejidos corticales que se recuperan de un accidente cerebrovascular". La Revista de Neurociencia . 27 (15): 4101–4109. doi :10.1523/JNEUROSCI.4295-06.2007. PMC 6672555 . PMID  17428988. 
  27. ^ Brown CE, Murphy TH (abril de 2008). "Vivir al límite: imágenes del recambio de la columna dendrítica en la zona periinfarto durante el accidente cerebrovascular isquémico y la recuperación". El neurocientífico . 14 (2): 139-146. doi :10.1177/1073858407309854. PMID  18039977. S2CID  46267737.
  28. ^ ab Bhatt DH, Zhang S, Gan WB (2009). "Dinámica de la columna dendrítica". Revisión anual de fisiología . 71 : 261–282. doi : 10.1146/annurev.physiol.010908.163140. PMID  19575680.
  29. ^ a b C Benson, Curtis A.; Rey, Jared F.; Reimer, Marike L.; Kauer, Sierra D.; Waxman, Stephen G.; Bronceado, Andrew M. (3 de diciembre de 2022). "Espinas dendríticas y memoria del dolor". El neurocientífico : 107385842211382. doi : 10.1177/10738584221138251. ISSN  1073-8584. PMID  36461773.
  30. ^ von Bohlen und Halbach O, Zacher C, Gass P, Unsicker K (marzo de 2006). "Alteraciones relacionadas con la edad en las espinas del hipocampo y deficiencias en la memoria espacial en ratones". Revista de investigación en neurociencia . 83 (4): 525–531. doi :10.1002/jnr.20759. PMID  16447268. S2CID  30838296.
  31. ^ Benson, Curtis A.; Fenrich, Keith K.; Olson, Kai-Lan; Patwa, Siraj; Bangalore, Lakshmi; Waxman, Stephen G.; Bronceado, Andrew M. (27 de mayo de 2020). "Dinámica de la columna dendrítica después de una lesión de un nervio periférico: un estudio estructural intravital". La Revista de Neurociencia . 40 (22): 4297–4308. doi :10.1523/JNEUROSCI.2858-19.2020. ISSN  0270-6474. PMC 7252482 . PMID  32371602. 
  32. ^ Cao, Xiaoyu C; Pappalardo, Laura W; Waxman, Stephen G; Tan, Andrew M (enero de 2017). "Disgenesia de la columna dendrítica en neuronas sensoriales superficiales del asta dorsal después de una lesión de la médula espinal". Dolor molecular . 13 : 174480691668801. doi : 10.1177/1744806916688016. ISSN  1744-8069. PMC 5302173 . PMID  28326929. 
  33. ^ Zhao, Peng; colina, Myriam; Liu, Shujun; Chen, Lubin; Bangalore, Lakshmi; Waxman, Stephen G.; Bronceado, Andrew M. (1 de junio de 2016). "Remodelación de la columna dendrítica después de la inhibición temprana y tardía de Rac1 después de una lesión de la médula espinal: evidencia de un biomarcador del dolor". Revista de Neurofisiología . 115 (6): 2893–2910. doi :10.1152/jn.01057.2015. ISSN  0022-3077. PMC 4922610 . PMID  26936986. 
  34. ^ Bronceado, Andrew M.; Choi, Jin-Sung; Waxman, Stephen G.; Hains, Bryan C. (octubre de 2009). "La remodelación de la columna dendrítica después de una lesión de la médula espinal altera el procesamiento de las señales neuronales". Revista de Neurofisiología . 102 (4): 2396–2409. doi :10.1152/jn.00095.2009. ISSN  0022-3077. PMID  19692517.
  35. ^ Harris KM, Fiala JC, Ostroff L (abril de 2003). "Cambios estructurales en las sinapsis de las espinas dendríticas durante la potenciación a largo plazo". Transacciones filosóficas de la Royal Society de Londres. Serie B, Ciencias Biológicas . 358 (1432): 745–748. doi :10.1098/rstb.2002.1254. PMC 1693146 . PMID  12740121. 
  36. ^ Araya R, Nikolenko V, Eisenthal KB, Yuste R (julio de 2007). "Los canales de sodio amplifican los potenciales de la columna". Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 104 (30): 12347–12352. Código bibliográfico : 2007PNAS..10412347A. doi : 10.1073/pnas.0705282104 . PMC 1924793 . PMID  17640908. 
  37. ^ Ngo-Anh TJ, Bloodgood BL, Lin M, Sabatini BL, Maylie J, Adelman JP (mayo de 2005). "Los canales SK y los receptores NMDA forman un circuito de retroalimentación mediado por Ca2 + en las espinas dendríticas". Neurociencia de la Naturaleza . 8 (5): 642–649. doi :10.1038/nn1449. PMID  15852011. S2CID  385712.
  38. ^ Yuste R, Denk W (junio de 1995). "Espinas dendríticas como unidades funcionales básicas de integración neuronal". Naturaleza . 375 (6533): 682–684. Código Bib :1995Natur.375..682Y. doi :10.1038/375682a0. PMID  7791901. S2CID  4271356.
  39. ^ ab Bywalez WG, Patirniche D, Rupprecht V, Stemmler M, Herz AV, Pálfi D, et al. (febrero de 2015). "Activación del canal de sodio postsináptico local dependiente de voltaje en espinas dendríticas de células granulares del bulbo olfatorio". Neurona . 85 (3): 590–601. doi : 10.1016/j.neuron.2014.12.051 . PMID  25619656.
  40. ^ Baer SM, Rinzel J (abril de 1991). "Propagación de espinas dendríticas mediadas por espinas excitables: una teoría del continuo". Revista de Neurofisiología . 65 (4): 874–890. doi :10.1152/junio.1991.65.4.874. PMID  2051208.
  41. ^ Bressloff PC, Coombes S (2000). "Ondas solitarias en un modelo de cable dendrítico con espinas activas". Revista SIAM de Matemática Aplicada . 61 (2): 432–453. CiteSeerX 10.1.1.104.1307 . doi :10.1137/s0036139999356600. JSTOR  3061734. S2CID  3058796. 
  42. ^ Nevian T, Sakmann B (octubre de 2006). "Señalización de Ca2 + de la columna vertebral en plasticidad dependiente del tiempo de pico". La Revista de Neurociencia . 26 (43): 11001–11013. doi :10.1523/JNEUROSCI.1749-06.2006. PMC 6674669 . PMID  17065442. 
  43. ^ Grunditz A, Holbro N, Tian L, Zuo Y, Oertner TG (diciembre de 2008). "La plasticidad del cuello de la columna controla las señales de calcio postsinápticas mediante compartimentación eléctrica". La Revista de Neurociencia . 28 (50): 13457–13466. doi :10.1523/JNEUROSCI.2702-08.2008. PMC 6671740 . PMID  19074019. 
  44. ^ ab Yoshihara Y, De Roo M, Muller D (abril de 2009). "Formación y estabilización de espinas dendríticas". Opinión actual en neurobiología . 19 (2): 146–53. doi :10.1016/j.conb.2009.05.013. PMID  19523814. S2CID  5054448.
  45. ^ Saarikangas J, Kourdougli N, Senju Y, Chazal G, Segerstråle M, Minkeviciene R, et al. (junio de 2015). "La flexión de la membrana inducida por MIM promueve la iniciación de la columna dendrítica". Célula del desarrollo . 33 (6): 644–659. doi : 10.1016/j.devcel.2015.04.014 . PMID  26051541.
  46. ^ Pelucchi S, Stringhi R, Marcello E (enero de 2020). "Espinas dendríticas en la enfermedad de Alzheimer: cómo el citoesqueleto de actina contribuye a la insuficiencia sináptica". Revista Internacional de Ciencias Moleculares . 21 (3): 908. doi : 10.3390/ijms21030908 . PMC 7036943 . PMID  32019166. 
  47. ^ Penzes P, Cahill ME, Jones KA, VanLeeuwen JE, Woolfrey KM (marzo de 2011). "Patología de la columna dendrítica en trastornos neuropsiquiátricos". Neurociencia de la Naturaleza . 14 (3): 285–293. doi :10.1038/nn.2741. PMC 3530413 . PMID  21346746. 
  48. ↑ Ramón y Cajal S (1888). "Estructura de los centros nerviosos de las aves". Rev. Recorte. Historia. Norma. Pat . 1 : 1–10.
  49. ^ Gray EG (junio de 1959). "Microscopía electrónica de contactos sinápticos en espinas dendríticas de la corteza cerebral". Naturaleza . 183 (4675): 1592-1593. Código Bib :1959Natur.183.1592G. doi :10.1038/1831592a0. PMID  13666826. S2CID  4258584.
  50. ^ Dailey ME, Smith SJ (mayo de 1996). "La dinámica de la estructura dendrítica en el desarrollo de cortes del hipocampo". La Revista de Neurociencia . 16 (9): 2983–2994. doi : 10.1523/JNEUROSCI.16-09-02983.1996 . PMC 6579052 . PMID  8622128. 
  51. ^ Bonhoeffer T, Yuste R (septiembre de 2002). "Motilidad de la columna. Fenomenología, mecanismos y función". Neurona . 35 (6): 1019-1027. doi : 10.1016/s0896-6273(02)00906-6 . PMID  12354393. S2CID  10183317.

Otras lecturas

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