Estudio tridimensional de la ultraestructura de la corteza cerebral de la rata

Abstract

El objetivo de la presente tesis doctoral es contribuir al conocimiento de la microanatomía de la corteza cerebral. En concreto, hemos estudiado la distribución, forma y tamaño de las sinapsis, así como de las mitocondrias presentes en el neuropilo de la corteza somatosensorial de la rata. Para llevar a cabo este estudio se han utilizado técnicas de microscopía electrónica tridimensional y técnicas estereológicas. El neuropilo es la región de la corteza cerebral dónde se establecen la mayoría de las conexiones sinápticas. Estas conexiones se dan entre axones, que pueden ser excitadores o inhibidores, y dendritas. En numerosas ocasiones las dendritas presentan protuberancias de la membrana en forma de espinas, siendo éstas el principal elemento postsináptico de las sinapsis excitadoras. En la presente tesis hemos analizado la densidad y distribución de las sinapsis en el neuropilo de la corteza somatosensorial primaria de la rata de catorce días de edad postnatal. Nuestros resultados indican que las sinapsis asimétricas superan numéricamente a las simétricas en una proporción de 9:1, y que tanto las sinapsis asimétricas como las simétricas son más numerosas en la capa IV y menos numerosas en la capa VI. Hemos estudiado también la localización de estas sinapsis en tallos y espinas dendríticas, observando que las sinapsis en espinas superan a las sinapsis en tallos dendríticos en una proporción de 8:2. De esta manera la mayoría de las sinapsis en el neuropilo son asimétricas en espinas, seguidas de asimétricas en tallos dendríticos, simétricas en tallos y por último simétricas en espinas. Dada la relación entre la estructura y la función de las sinapsis, hemos estudiado el tamaño y la forma de las uniones sinápticas. Al igual que otros parámetros, como la fuerza sináptica o la amplitud de los potenciales postsinápticos, la distribución de los tamaños de las uniones sinápticas se ajusta a una distribución log-normal. Nuestros resultados ponen de manifiesto que las uniones sinápticas asimétricas son, en promedio, más pequeñas que las simétricas en todas las capas corticales. En ambos casos las más grandes se encuentran en la capa III y las más pequeñas en la capa IV. La mayoría de las sinapsis corticales tienen una densidad postsináptica de forma discoidal o macular, no obstante, un pequeño porcentaje presenta perforaciones o un perímetro en forma de herradura. Las sinapsis perforadas y en herradura son, de media, más grandes que las maculares, aunque no está claro que pertenezcan a distintas poblaciones de sinapsis. En nuestro estudio hemos encontrado además que la curvatura de las uniones sinápticas es mayor para las sinapsis simétricas que para las asimétricas, aunque no hay correlación entre la curvatura y el área de las uniones sinápticas. Por último, en esta tesis hemos analizado la densidad de mitocondrias en el neuropilo, su distribución en axones y dendritas, y su relación con las sinapsis, dado que el cerebro tiene un consumo metabólico muy elevado, en gran parte debido a la actividad sináptica. La mayor fracción de volumen mitocondrial se encuentra en la capa IV y la menor en las capas I y VI. Las dendritas tienen más mitocondrias que los axones, lo que probablemente está relacionado con un mayor consumo energético a nivel postsináptico. En el caso de los axones, pese a que globalmente hay más mitocondrias localizadas en axones excitadores que en inhibidores, los inhibidores tienen mayor proporción de mitocondrias . Hemos encontrado, además, una correlación entre la densidad de sinapsis en el neuropilo y la fracción de volumen mitocondrial. Uno de los primeros pasos para comprender la organización funcional del cerebro es conocer su diseño estructural, y correlacionarlo con las características moleculares y fisiológicas de las células estudiadas. De este modo, los resultados aquí presentados ayudarán a entender mejor la estructura de los microcircuitos, a describir el sinaptoma y a construir modelos corticales más realistas.