Transducción de señales, conperas y manzanas.

(o mejor dicho, archivos flash)

Receptores que activan vías de señalesdependientes de proteínas G

A

Lo que entienden

Señales desde la superficie

A

C

Anatomía General de nuestros SistemasNerviosos (incluyendo el entérico).

Anatomía General de nuestros SistemasNerviosos

Células del Sistema Nervioso.

Diversidad Neuronal

"Texture of the Nervous System ofMan and the Vertebrates" bySantiago Ramón y Cajal. This figureillustrates the diversity of neuronalmorphologies in the auditory cortex.

Esta diversidad tiene una estructura:Conectividad Neuronal

1900´s 1900´s Santiago Ramón y Cajal revoluciona la neurociencia al utilizar la tinción de Santiago Ramón y Cajal revoluciona la neurociencia al utilizar la tinción de Golgi Golgi para para mapearmapearconectividad conectividad NeuralNeural..

Limitaciones:Limitaciones:••pocas células dificultan el seguir divergencia de conectividadpocas células dificultan el seguir divergencia de conectividad••Monocromático no permite separar una prolongación de la siguienteMonocromático no permite separar una prolongación de la siguiente

Hoy: Generación de Animales Hoy: Generación de Animales BrainbowBrainbow::••Contructos Contructos Brainbow1 y Brainbow1 y Brainbow Brainbow 2 bajo control de 2 bajo control de Thy-1 Thy-1 (expresión de células(expresión de célulasneurales)neurales)

• Las Neuronas no existen en el vacío. Cumplen sus funciones asociadas ycondicionadas por las células gliales.

• “Glías” es un término que agrupa demasiados tipos celulares, incluyendo células delsistema inmune.

• Muchas de las enfermedades neurológicas son enfermedades gliales.

Adult Subventricular Zone (SVZ) Neurogenesis. Coronal section through theadult mouse brain. Light blue shows the lateral ventricle (LV) space. Boxed areais shown enlarged: Architecture of the subventricular zone. B cells (dark blue)are the subventricular zone stem cell. C cells (green) are rapidly dividing, transit-amplifying cells derived from the B cells. C cells give rise to A cells (red),neuroblasts that migrate to the olfactory bulb, where they become localinterneurons. BV blood vessel; BL basal lamina. (from Alvarez-Buylla and Lim,Neuron. 2004 Mar 4;41(5):683-6)

AstrocitosLos astrocitos cumplen una granvariedad de funciones. ¿Son unapoblación homogénea?

1. Población células más abundante del SNC2. Neuroectodemales3. Sostén metabólico de las neuronas

(acumulación de glicógeno, liberación delactato, liberación de cuerpos cetónicos)

4. Recaptura de Neurotransmisores (glutamato)5. Producción de factores Neurotróficos (incluida

la liberación de colesterol)6. Homeostasis de Iones (K+) y H2O (expresión

de aquaporinas)7. Inducción de la BHE8. Formación de cicatriz en caso de daño.9. Regulación de la respuesta inmune en el SNC:

• Mediación de procesos inflamatorios.• Función de Macrófagos

Astrocito Fibrilar (sustancia blanca)

Astrocitos Protoplásmicos(sustancia gris)

Verkhratsky y ToescuJ. Cell Mol. Med. (10) 2006

Cada astrocito es dominante en una zona y regula el metabolismo de las neuronasque rodea.A pesar de ser un sincicio funcional (corrientes de Ca+2 a traves de uniones enhendidura), sin embargo, la sobreposición entre ellos es poca.

FosfolípidosGlicerolípidos

SulfátidosPlasmalógenos

Acetil-CoaAcetoacetil-Coa

DHAP-Transf(peroxisomas)

Microsomas

Oligodendrocitos

LDLCuerpos

cetónicos ácidosgrasos

E

AGPIs Acetil-CoA;acetoacetato yD3H-butirato

CélulaEndotelial

β-oxidaciónAstrocitos

“HDL”simil

Cuerposcetónicos

Neuronas

Síntesis:fosfolípidosisoprenoides

AGPIs

Magistretti et al. Science, 1999

Regulación del metabolismo de glutamato

Tsacopoulos y Magistretti J. Neuroscie 1996

FB: Post-sinFB: Post-sinápticoápticoconsume el 80% de laconsume el 80% de laenergíaenergía

www.mpih-frankfurt.mpg.de/global/Na/about.htm

Ejemplo “sencillo”, las células de MüllerAstrocitos especializados de la retina de mamíferos.

C Giaume et al, (2007) Cell Death and differentiation

Estados Normales

Estados patológicos desencadenados por injuria externaresultan en daño a los fotoreceptores y a toda la arquitecturade la retina.

C Giaume et al, (2007) Cell Death and differentiation

Reactive Down-regulation K-Ch

Estados patológicos desencadenados por injuria externaresultan en daño a los fotoreceptores y a toda la arquitecturade la retina.

C Giaume et al, (2007) Cell Death and differentiation

La proliferación y la migración de las células de Müller resultan en una gliosis reactivadetrimental . El aumento de proliferación genera fuerzas mecánicas que llevan a la formación dedobleces y desprendimientos (vitreoretinopatía proliferativa).

Barrera hematoencefálica (BHE)• Lewandoski (1900): “Los capilares cerebrales evitan la entrada de algunas

sustancias” (tinciones y toxinas).• Barrera selectiva en el endotelio microvascular cerebral caracterizada por la

presencia de amplias uniones estrechas y la ausencia de fenestraciones.• Los capilares son rodeados por prolongaciones de los astrocitos (glia limitans) los

cuales inducen la formación de uniones estrechas de mayor resistencia .• Concentración de factores plasmáticos = 1/200 del presente en sangre (Igs,

Complemento)

capilar

Cel. Endotelial

Lámina Basal (1)

Lámina Basal (2)

Uniones Estrechas

••Doble lámina basal (célulaDoble lámina basal (célulaendotelial y astrocitos).endotelial y astrocitos).

••Los astrocitos poseen unaLos astrocitos poseen unaimpresionante impresionante bateríabateríametabólica metabólica que les permite:que les permite:detoxificar detoxificar (C-P450) ,(C-P450) ,degradar todos los ácidosdegradar todos los ácidosgrasos a grasos a Acetil-CoA Acetil-CoA yyentregarlos como cuerposentregarlos como cuerposcetónicos cetónicos (excepto a.g.(excepto a.g.esenciales)esenciales)

••La BHE presenta unaLa BHE presenta unaresistencia eléctrica deresistencia eléctrica de1300 1300 ΩΩ/cm/cm2 2 (10X capilares(10X capilaresextra neurales).extra neurales).

Hawkins y Davis (2005) Pharmacol Rev.57:173

astrocito

••¿Como ocurre la¿Como ocurre laextravasación deextravasación deleucocitos?leucocitos?

La BHE no es permisiva altraspaso celular, este ocurre enlas Vénulas post-capilares.

(por lo tanto, cuidado con los trabajosque sugieren que la inflamación rompe laBHE producto de la infiltraciónleucocitaria)

Errores en el concepto:Errores en el concepto:

1.1. Sugiere que los factores que restringen el paso de solutos son losSugiere que los factores que restringen el paso de solutos son losmismos que inhiben el paso de cmismos que inhiben el paso de células.élulas.

2.2. El paso de los solutos estEl paso de los solutos está regulado a nivel capilar, mientras que elá regulado a nivel capilar, mientras que elreclutamiento reclutamiento leucocítico leucocítico ocurre en compartimiento ocurre en compartimiento postcapilarpostcapilar..

Resumen

SistemaSistema InmuneInmune

Sistema NerviosoSistema Nerviosowww.phy.cam.ac.uk/research/bss/cellbiophysics.php

Neuroinmunología

¿Cómo limitar el daño a un órgano muy¿Cómo limitar el daño a un órgano muysensible y que presenta bajos nivelessensible y que presenta bajos nivelesde regeneración?de regeneración?

Microglías• Población de Macrófagos residentes del SNC• Descritas por Rio-Hortega (lab Ramón y Cajal,

1919).• Origen mesenquimático, pueblan el SNC en dos olas

(pre-natal y peri-natal). No está claro si sonrecambiadas. Su relación con los macrófagos peri-vasculares (pericitos) no ha sido completamentedilucidada.

• Revisión continua del parénquima cerebral medianteprolongaciones móviles (células estacionarias).

• Responden a todas las injurias al SNC.• Su función, cuando es limitada es neuro-protectora,

pero puede escalar hasta dañar neuronas yoligodendrocitos mediante la secreción demediadores inflamatorios.

• Expresan receptores para:

MicrogliasMicroglias: activaci: activaciónón

Hanisch y Kettenmann (2007) Nat Rev Neuroscience 10:1387

Acción de Microglias:1.- Patrullaje (“reposo”):• Control constante del parénquima mediante el movimiento

de prolongaciones con gran diversidad de receptores• Bajos niveles de expresión de MHC.• Puede ocurrir recambio de monocitos circulantes con

pericitos y posiblemente microglias.

Hanisch y Kettenmann (2007) Nat Rev Neuroscience 10:1387

2.- Activación transiente: pequeñas filtraciones de lapared vascular.

• Activación transiente: secreción factores neuro-protectores• Inhibición de respuesta inflamatoria:

Hanisch y Kettenmann (2007) Nat Rev Neuroscience 10:1387

3.- Daño extremo y activación drástica: Procesos infecciosos o dañossignificativos al tejido

• Cambios drásticos en las microglias: ataque a patógenos, secreción decitoquinas pro-inflamatorias, reclutamiento de respuestas inmunes innata yadaptativa, liberación de radicales libres.

• Puede derivar en falla de procesos neuroprotectores y aumento de daño

La vaina de mielina y los nodosde Ranvier, contexto histórico.

• Leeuwenhoek (1717):“Observé una neurula completamente rodeada por

partes grasosas” “Numerosas neurulas seextendian desde la médula de la columna,cruzando la túnica (meninges)…y emergiendoaumentadas en tamaño y recubiertas de unanueva túnica”

• Galvani (1791):“El nervio cumple la función de

conductor”De viribus electricitatis

“Los Nervios contiene elementosconductores y aislantes..la grasosacapa externa de los nervios previenela dispersión y permite suacumulación”

• Ehrenberg (1833):El nervio esta formado por 4 líneasparalelas. 2 forman los bordesexternos y los 2 internos indican laexistencia de una estructura interior.

• Remak (1838):Nervios mielínicos y amielínicos. Lavaina de Mielina es externa al axón.

• Schwann (1839)Células de Schwann, pero sugirió queperdían su núcleo y que la mielinaestaba en el interior del axón (vs.Remak)

• Virchow (1958)Médula=myelos Mielina

“la médula del nervio rellena el espacio entre elcilindo axial y la membrana externa”

• Ranvier (1871):Los axones contienen interrupcionesperiódicas asociadas a constriccionesaxonales al lado de las cuales se puedeobservar la presencia de estriacionestransversales

• Schmidt (1874) y Lantermann(1877)En la mielina del SNP existen cortestransversales que atraviesan la vaina demielina y que llegan hasta el axón.

• Santiago Ramón y Cajal(1909):El eje centra es la prolongación del axónde la neurona. La mielina es una capaexterna, de acuerdo con Remak. En elSNP es producida por las células deSchwann, pero en el SNC, es secretadapor la Neurona

• Penfield (1932)“La mantención de la mielina parece serla función principal de losoligodendrocitos

• Uzman y Nogueira-Graff (1957) yRobertson (1957) describen laestructura de la zona nodal y paranodal.

• Maturana (1960) y Peters (1960).Describen que en el SNC, la membranadel mesaxon externo puede serrastreada hasta el oligodendrocito.

Subdominios Subdominios de la de la vaina vaina dedeMielinaMielina: : Mielina CompactaMielina Compacta

Subdominios de la vaina de MielinaMielina::Nodos y ParanodosNodos y Paranodos

Canales de Sodio

Canales de Potasio

NO

DO

NO

DO

10nm

Para

nodo

Para

nodo

CASPR

K- Canal

Cadherina (Unión Adherente)

Claudina 11 (Unión estrecha)

Neurofascina 155

Contactina

Na-Canal

Ankyrina

Mielina Compacta

Complejos de adhesión en elnodo de Ranvier:

Auto-adhesión: La célula mielinizante se adhiere sobre si misma: E-Cadherina, Claudinas, Occludinas, Conexinas

Glia-Neurona: Necl-1,2,4; CASPR, Contactina, Neurofascina

Cadherina (Unión Adherente)

Claudina 11 (Unión estrecha)

Mielina Compacta

Cadherina (Unión Adherente)

Claudina 11 (Unión estrecha)

Mielina Compacta

Inyección de 5,6-carboxyfluoresceína (376 Da)

Incisuras deSchmidt-Lanterman

MAG

Trauma: Lesión por un agente mecánico• Respuesta sistémica• Respuesta glial• Respuesta Inmune

En EEUU•10,000 a 12,000 lesiones a la columna por año•250.000 personas viven con daño.•38.5% ocurren en accidentes de automóviles.•55% de las víctimas tienen entre 16 y 30 años•Más del 80% son hombres

1. Daño inicial (producido por el golpe y los fragmentos)• Axones cortados, ruptura de membranas neuronales.

• Hemorragia en el parénquima

2. Daño de respuesta inmediata:• Edema e inflamación de la médula espinal (llena el canal espinal y comprime

todo el tejido: ISQUEMIA (cascada isquémica)

Trauma: Lesión por un agente mecánico

O2 ATP

Baja de Oxígeno

Cascada Isquémica

Disminución de ATP

Na/K atp-asa

Depolarizaciónde la membrana

Ca+2

Acumulación deIones (Ca+2 entreotros)

Ca+2

Canales NMDA.Entra Ca+2

Activación de fosfolipasas, calpaína, endonucleasas.Aumento de radicales libres. Ruptura de membranas,

FactoresP

ro-Inflamatorios

Glutamato

Glutamato

Liberación deglutamato

Glutamato

1. Daño inicial (producido por el golpe y los fragmentos)• Axones cortados, ruptura de membranas neuronales.• Hemorragia en el parénquima

2. Daño de respuesta inmediata:• Edema de la médula espinal (llena el canal espinal y comprime todo el tejido:

ISQUEMIA (cascada isquémica).

• Respuesta Inmune

• Pérdida del privilegio inmune

• Infiltración leucocitos, reclutamiento linfocitos, activación de microglia yastrocitos.

Consecuencias: Liberación de Radicales libres, Cicatriz glial

3. Desmielinización y Regeneración

Trauma: Lesión por un agente mecánico

Poliak & Pelles, (2003) Nature Rev Neuros 4:968

Poliak & Pelles, (2003) Nature Rev Neuros 4:968

Daño al axón

Poliak & Pelles, (2003) Nature Rev Neuros 4:968

Degeneración de las CS desinervadas,manteción de la lámina basal, proliferación deprecursores, migración de cono axonal

Formación de cicatríz glial (astrocitos). No seeliminan los restos de la mielina donde existeninhibidores del crecimiento axonal: MAG,NoGO, OMgp

Poliak & Pelles, (2003) Nature Rev Neuros 4:968

Los astrocitos nodales:•Corresponden al 5 % de la glía total y son las células con mayor tasa de división.

•Expresan proteoglican NG2, (marcador de precursor de oligodendrocitos); Receptornuclear Olig2 (marcador de linaje),

•No expresan GFAP (Glial fibrilary acidic potein), marcador por excelencia de losastrocitos.

•NO SON ASTROCITOS!! Polydendrocitos (NG2+),

Considerando los marcadores que expresan (R-PDGF, NG2, Olig1) corresponderían a“precursores de oligodendrocitos”. Aún así no parecen ser una población homogenea

OMgpOMgp

OMgp/caspr/Rip

OMgp/caspr/Rip

Huang et al., Science (2005) 310;1813

Otis y Sofroniew Nature Neurosci 2008

Káradóttir et al,Nature NeuroSci 2008

Estudios de patch-clamp de células NG2+ muestranque existen 2 tipos de células OPCs en el SNC de

animales jóvenes y adultosTipo A• Expresan canales de Na+ activados por voltaje (I bloqueable por TTX) y canales

de K+• Generan potenciales de acción, pero NO expresan marcadores neuronales.• Responden a estímulos sinápticos exitatorios e inhibitorios.• Son sensibles a toxicidad inducida por activación mediada por Glutamato.

Tipo B• No expresan canales de Na+, ni tienen potenciales de acción. Son resistentes a

neurotoxicidad por glutamato.

Enfermedad de Enfermedad de AlzheimerAlzheimer

MCGeer y MCGeer (1995) Brain Res Brain Res Rev 21: 195-218