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Trazado anterógrado

En neurociencia , el trazado anterógrado es un método de investigación que se utiliza para rastrear las proyecciones axonales desde su origen (el cuerpo celular , o soma ) hasta su punto de terminación (la sinapsis ). Una característica distintiva del trazado anterógrado es el etiquetado de las neuronas presinápticas y postsinápticas. El cruce de la hendidura sináptica es una diferencia vital entre los trazadores anterógrados y los tintes de relleno 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 hasta el cuerpo celular). [1] Tanto la técnica de trazado anterógrada como la retrógrada se basan en la visualización del proceso biológico del transporte axonal .

Las técnicas de trazado anterógrado y retrógrado permiten descripciones detalladas de las proyecciones neuronales desde una sola neurona o una población definida de neuronas hasta 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 la neuroanatomía conexional se descubrió mediante el uso de técnicas de trazado anterógrado y retrógrado. [1]

Técnicas

Existen varios métodos para rastrear proyecciones que se originan en el soma hacia sus áreas objetivo. Inicialmente, estas técnicas se basaban en la inyección física directa de varias moléculas trazadoras visualizables (por ejemplo, proteína verde fluorescente , colorantes lipófilos 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 de los axones , o son absorbidas por los axones y transportadas al soma de la neurona. Otras moléculas trazadoras permiten la visualización de grandes redes de proyecciones axonales 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]

Las estrategias alternativas son los trazadores anterógrados transsinápticos, que pueden cruzar la hendidura sináptica y etiquetar múltiples neuronas dentro de una vía. También pueden ser trazadores genéticos o moleculares.

Recientemente se ha utilizado la resonancia magnética mejorada con manganeso (MEMRI) para rastrear circuitos funcionales en cerebros vivos, como lo hicieron por primera vez Russ Jacobs, [5] Robia Paultler, [6] Alan Koretsky y Elaine Bearer . [7] El ion Mn 2+ produce una señal hiperintensa en la resonancia magnética ponderada en T 1 y, por lo tanto, sirve como agente de contraste. Mn 2+ ingresa a través de canales de calcio dependientes de voltaje, se introduce en orgánulos intracelulares y se transporta mediante el sistema de transporte neuronal endógeno, incluida la cinesina-1, y se acumula en lugares 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 del cerebro en animales vivos.

trazadores genéticos

(ver también Rastreo neuronal viral )

Para rastrear proyecciones de una región o célula específica, se puede inyectar localmente una construcción genética, un virus o una proteína, después de lo cual se permite su transporte anterógrado. Los trazadores virales pueden cruzar la sinapsis y pueden usarse para rastrear la conectividad entre regiones del cerebro 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 (VHS) y los rabdovirus . [10] Se utilizó HSV para rastrear las conexiones entre el cerebro y el estómago, con el fin de examinar las áreas del cerebro involucradas en el procesamiento viscerosensorial. [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 se endocitosan . Por ejemplo, el HSV utiliza el receptor de nectina y luego se endocitosa. 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 partículas virales a lo largo del axón depende del citoesqueleto microtubular . [14]

trazadores moleculares

También hay un grupo de trazadores que consisten en productos proteicos que la célula puede absorber y transportar a través de la sinapsis hasta la siguiente célula. La aglutinina de germen de trigo (WGA) y la leucoaglutinina de Phaseolus vulgaris [15] son ​​los trazadores más conocidos, aunque no son trazadores anterógrados estrictos: especialmente se sabe que la WGA se transporta tanto en sentido anterógrado como retrógrado. [16] WGA ingresa a la célula uniéndose a oligosacáridos y luego se absorbe mediante endocitosis a través de una vía dependiente de caveolas. [17] [18]

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

Lista parcial de estudios que utilizan esta técnica.

La técnica de trazado anterógrado es ahora una técnica de investigación muy extendida. La siguiente es una lista parcial de estudios que han utilizado técnicas de trazado anterógrado:

Ver también

Referencias

  1. ^ abc Dale Purves; George J. Agustín; David Fitzpatrick; William C. Hall; Antonio-Samuel Lamantia; James O. Mcnamara; Leonard E. White, eds. (2008). Neurociencia (4ª ed.). Sunderland, Massachusetts: Sinauer. págs. 16-18 (de 857 en total). ISBN 978-0-87893-697-7.
  2. ^ Lanciego, José L.; Wouterlood, Floris G. (1 de mayo de 2020). "Técnicas de rastreo de tractos neuroanatómicos que se volvieron virales". Estructura y función del cerebro . págs. 1193-1224. doi :10.1007/s00429-020-02041-6 . Consultado el 2 de febrero de 2024 .
  3. ^ Oh SW, Harris JA, Ng L, Winslow B, Cain N, Mihalas S, et al. (Abril de 2014). "Un conectoma de mesoescala del cerebro de ratón". Naturaleza . 508 (7495): 207–14. Código Bib :2014Natur.508..207O. doi : 10.1038/naturaleza13186. 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 del virus de la rabia anterógrada para la reconstrucción a gran escala de alta resolución de la morfología de las neuronas en 3D". Estructura y función del cerebro . 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 desde el 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 de resonancia magnética mejorada con manganeso". Resonancia Magnética en Medicina . 40 (5): 740–8. doi :10.1002/mrm.1910400515. PMID  9797158. S2CID  13996533.
  7. ^ Portador EL, Falzone TL, Zhang X, Biris O, Rasin A, Jacobs RE (2007). "Papel de la actividad neuronal y la cinesina en el rastreo del tracto mediante resonancia magnética mejorada con manganeso (MEMRI)". NeuroImagen . 37 (Suplemento 1): T37–46. 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". NeuroImagen . 145 (Parte 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 que envejece 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). "Los 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". La Revista de Neurociencia . 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 del cerebro . 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 las células de ovario de hámster chino y HeLa". Revista de Virología . 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 rata 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]". La Revista de Virología General . 67 (parte 9) (9): 2023–8. doi : 10.1099/0022-1317-67-9-2023 . PMID  2427647.
  15. ^ Smith Y, Hazrati LN, Padre A (abril de 1990). "Proyecciones eferentes del núcleo subtalámico en el mono ardilla estudiadas mediante el método de trazado anterógrado PHA-L". La Revista de Neurología Comparada . 294 (2): 306–23. doi :10.1002/cne.902940213. PMID  2332533. S2CID  9667393.
  16. ^ Damak S, Mosinger B, Margolskee RF (octubre de 2008). "Transporte transináptico de aglutinina de germen de trigo expresado en un subconjunto de células gustativas tipo II de ratones transgénicos". BMC Neurociencia . 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-peroxidasa de rábano picante de germen de trigo in vivo". La Revista de Neurología Comparada . 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.