Propiedades de la modulación sináptica medida por astrocitos en las columnas corticales de la corteza somatosensorial primaria
Author
Díez García, AdolfoAdvisor
Araque Almendros, AlfonsoEntity
UAM. Departamento de Anatomía, Histología y NeurocienciaDate
2016-05-20Subjects
Sinapsis -Tesis doctorales; Astrocitos - Tesis doctorales; Corteza somatosensorial - Tesis doctorales; MedicinaNote
Tesis doctoral inédita, leída en la Universidad Autónoma de Madrid. Facultad de Medicina, Departamento de Anatomía, Histología y Neurociencia. Fecha de lectura: 20 de mayo de 2016Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional.
Abstract
La evidencia experimental acumulada durante los últimos 20 años permite afirmar que los astrocitos juegan un papel clave en la fisiología sináptica, respondiendo con aumentos en los niveles de calcio intracelular ante diferentes neurotransmisores y liberando gliotransmisores capaces de modular la trasmisión sináptica en diferentes estructuras del sistema nervioso. En la neocorteza la estimulación sensorial o la estimulación neuronal directa inducen elevaciones de calcio en los astrocitos, lo que produce la liberación de gliotransmisores, como glutamato o d-serina, capaces de regular la transmisión sináptica. Además de participar en fenómenos de regulación y plasticidad de la transmisión nerviosa, los astrocitos pueden modular la actividad a larga distancia actuando sobre sinapsis relativamente alejadas del origen de la señal. Este fenómeno de modulación de la trasmisión sináptica mediado por astrocitos se ha denominado regulación lateral.
La señalización por endocannabinoides es uno de los múltiples mecanismos propuestos recientemente como forma de comunicación entre astrocitos y neuronas. Esta forma de comunicación aparece en diferentes regiones cerebrales, incluyendo el neocortex. La activación endógena de receptores de tipo 1 para endocannabinoides (CB1Rs) en astrocitos regula la transmisión sináptica, en concreto modula la plasticidad en corteza somatosensorial y genera fenómenos de regulación lateral en hipocampo. Partiendo de estos resultados y empleando el sistema de señalización por endocannabinoides como herramienta para activar fisiológicamente los astrocitos corticales planteamos como primer objetivo de nuestro trabajo el estudio del efecto de la activación endógena de los astrocitos corticales sobre la transmisión sináptica heteroneuronal. La activación de los astrocitos mediante endocannabinoides fisiológicamente liberados por neuronas corticales induce elevaciones en los niveles de calcio intracelular de estas células y deprime de forma transitoria la transmisión sináptica excitatoria en neuronas adyacentes. Estos resultados revelan un novedoso mecanismo de regulación lateral de la trasmisión sináptica mediado por los astrocitos.
Para profundizar en el conocimiento de este fenómeno nos propusimos como segundo objetivo identificar los mecanismos de señalización subyacentes a la regulación sináptica heteroneuronal mediada por astrocitos. Mediante técnicas electrofisiológicas combinadas con imagen de calcio hallamos que esta forma de depresión sináptica heteroneuronal requiere la activación de receptores CB1 en astrocitos y está mediada por la activación de receptores A1 presinápticos, pudiendo ser además inducida de forma exógena mediante estímulos farmacológicos y químico-genéticos. La organización celular de la corteza ha sido estudiada durante años dando lugar al concepto de unidad mínima de procesamiento cortical, donde los elementos
neuronales se disponen vertical y horizontalmente formando columnas compuestas por seis capas interconectadas. La hipótesis de la organización columnar de la corteza es hoy día la más aceptada para explicar el funcionamiento de esta estructura cerebral y numerosos estudios han obtenido gran cantidad de información acerca de los elementos neuronales que conforman la microorganización de la neocorteza y su papel en el funcionamiento de los circuitos corticales. Sin embargo, las propiedades de los elementos no neuronales, como los astrocitos, y las posibles implicaciones funcionales de su interacción con las neuronas en el marco de las columnas corticales permanece inexplorada. Por ello, el tercer objetivo de nuestro trabajo consistió en analizar la regulación heteroneuronal mediada por astrocitos en la microorganización de la columna cortical. Los resultados obtenidos muestran que este fenómeno de modulación sináptica obedece un patrón laminar y columnar concreto, apareciendo únicamente entre neuronas de una misma columna y generándose entre células pertenecientes a capas específicas. Además, la activación astroglial mediada por endocannabinoides liberados por neuronas corticales sigue el mismo patrón. Esta forma de interacción entre astrocitos y neuronas en el marco de los microcircuitos corticales posee unas propiedades espaciales que obedecen la compleja organización funcional de esta estructura cerebral. Por ello, puede afirmase que los astrocitos son elementos activos en los procesos de transferencia y procesamiento de información de los módulos corticales.
En su conjunto, los resultados obtenidos en nuestro trabajo muestran la compleja naturaleza espacial de la comunicación bidireccional astrocito-neurona existente en las columnas corticales. La participación de los astrocitos en complejos fenómenos de modulación de la transmisión sináptica en estos subcircuitos permite afirmar que son elementos integrales de la denominada unidad mínima de procesamiento de información cortical.
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