La Pérdida de la Auto-inhibición es un Mecanismo Celular para el Comportamiento Rítmico Episódico

Introducción Comportamiento Rítmico Las acciones o reacciones de un organismo que se repiten con regularidad. Pueden ser: Continuas (ventilación) Episódicas (locomoción, tragado)

Central Pattern Generator (CPG) - Generador Central de Patrones Sistemas neuronales que producen patrones motores rítmicos sin una retroalimentación sensorial. Características: Dos o más procesos que interactúan de manera tal que cada uno aumenta y disminuye secuencialmente. Como resultado de tal interacción, el sistema vuelve repetitivamente a su punto de inicio.

Descarga Tónica y Fásica Input tónico: De respuesta fisiológica lenta, gradual, continúa produciendo potenciales de acción mientras dura el estímulo. Input fásico: De adaptación rápida, la respuesta de la célula disminuye rápidamente y luego se detiene. Responde a cambios en la intensidad del estímulo.

Potencial Post-Sináptico Inhibitorio y Excitatorio (IPSP/EPSP) Cambio en el potencial de membrana de una célula post- sináptica que inhibe/activa la generación de potenciales de acción y produce el cierre o la apertura de canales.

Lymnaea stagnalis - Caracol de Estanque Posee un SNC simple de apróx. 20000 neuronas organizadas en un anillo de ganglios interconectados. La mayoría de las neuronas del SNC son de gran tamaño, permitiendo hacer mediciones electrofisiológicas de redes neuronales. El caracol es utilizado como organismo modelo para estudiar comportamientos como alimentación, respiración, locomoción y reproducción. Referencias de la imagen del Sist. Nervioso: L/R - Left/Right; G - ganglio; Bu - bucal; Ce - cerebral; Pl - Pleural; Pa - Parietal; Pe - Pedal; V - Visceral.

A- Preparación semi-intacta Bi- Conexiones sinápticas recíprocas entre las tres neuronas principales del CPG Izquierda: Preparación semi-intacta de labios, tentáculos y cerebro. Mantiene las conexiones mediante sus respectivos nervios. Se observan las interneuronas N3t y N1M y las motoneuronas B3 y B4. Se utiliza sacarosa como estímulo químico. Derecha: las conexiones sinápticas recíprocas entre las 3 neuronas principales del CPG. Las bolitas indican inhibición y el palito indica excitación. Interneurona: neurona que conecta sólo con otras neuronas (no es ni motora ni sensorial). Motoneurona: neuronas eferentes que salen del SNC y conectan directa o indirectamente con músculos.

Comportamiento rítmico episódico de alimentación Los patrones motores que caracterizan la alimentación en L.stagnalis son: P (protraction): Prolongación R (rasp): Raspar S (swallow): Tragar Derecha: Patrones elecrofisiológicos de N1M y N3t durante un ciclo ficticio de alimentación. Se observa la inhibición recíproca entre interneuronas en el estado de prolongación y de tragado respectivamente y la pase inhibitora del raspado, compartida por ambas. Izquierda: Esquema del comportamiento episódico de alimentación. Primero, estado de senescencia. Luego, prolongación de la rádula y subsiguientes fases (rasp y swallow).

Objetivos Estudiar la regulación a nivel neuronal del comportamiento episódico de alimentación en Lymnaea stagnalis. Investigar el rol de las interneuronas N3t y N1M en el CPG de alimentación y el efecto de su interacción en el ciclo.

Incógnitas Un mecanismo intrínseco de control represivo mantiene el estado inactivo en el CPG de alimentación de Lymnaea. Las descargas inhibitorias fásicas sobre N1M durante el estado activo provienen de las interneuronas N3t, ¿Las descargas inhibitorias tónicas sobre N1M en el estado inactivo provienen también de N3t? ¿La inhibición sostenida de los impulsos tónicos de N3t es lo único necesario para gatillar episodios más largos de actividad, típicos de un ritmo alimenticio sostenido?

Resultados Se mide el patrón comportamental y neuronal de Lymnaea stagnalis antes y después de la aplicación del quimioestimulante, sacarosa. Los registros se realizan sobre las interneuronas N1M del lado izquierdo y derecho.

Patrones de actividad comportamentales y neuronales durante el reposo y la alimentación episódica A- Patrón comportamental. B- Patrones electrofisiológicos de un par de interneuronas N1M en estado de reposo (Bi) y en estado de actividad rítmica (Bii) Ci- Ampliación del estado de reposo enmarcado en Bi, producto de estímulos de inhibición tónica. Cii- Ampliación de lo enmarcado en Bii: estímulos fasicos inhibitorios en la fase de tragado (S) durante el estado de actividad rítmica.

Supresión activa de N3t a N1M durante el período de quiescencia En la etapa de quiescencia, N3t produce descargas tónicas inhibitorias sobre N1M. Cada pico de descarga tónica de N3t coincide con la disminución en el voltaje de N1M. Al inhibir la descarga tónica por hiperpolarización de N3t, se libera a N1M de la supresión, disparando un ciclo de actividad de alimentación.

Inhibición a largo plazo de N3t genera continuos ciclos de actividad de alimentación La hiperpolarización de B4 mantiene suprimida la descarga tónica de N3t, generando ciclos consecutivos de actividad. Aunque la actividad tónica de N3t está inhibida, aún puede producir descargas fásicas en la etapa de tragado.

Un mecanismo intrínseco de control represivo mantiene el estado inactivo en el CPG de alimentación de Lymnea N3t dispara tónicamente durante los períodos de inactividad en N1M, proveyéndole en cada estímulo un IPSP. N3t, activamente, mantiene reprimida la actividad de las interneuronas N1M. N3t produce una contribución clave en la determinación de si se efectuará un período de reposo o un período activo de alimentación ficticia manejado por el CPG. Más aún, aunque la actividad tónica de N3t esté reprimida, ésta aún puede producir descargas fásicas. En conjunto, los resultados sugieren un rol dual de N3t, no sólo como una interneurona convencional del CPG, sino también como una fuente regulatoria intrínseca de control represivo sobre el mismo CPG.

La Interneurona N3t varía entre una actividad supresora a un rol generador de patrones en la alimentación activada de manera sensorial Objetivo: Probar que los ciclos de alimentación son activados mediante la presencia de alimento. Alimentación 16

Experimento 1-Estimulación con sacarosa 2-Registro de la actividad de N1M y N3t

Resultados Ausencia de alimento: N3t ejerce inhibición tónica sobre N1M. Estimulación con sacarosa: -La actividad tónica de N3t se reduce gradualmente y pasa a actividad fásica. -La neurona N1M se activa y comienza a inhibir a N3t Se produce un ciclo de alimentación: P: N1M inhibe a N3t R: N2t inhibe a N1M, liberando a N3t de la inhibición S: N3t inhibe en forma fásica a N1M

¿Cómo actúa el alimento? Funciona como un estímulo químico que hiperpolariza a N3t La inhibición tónica sobre N1M se reduce gradualmente N1M se despolariza N1M inhibe en forma fásica a N3t

O... El alimento suprime la inhibición tónica de N3t sobre N1M?? Problema El alimento suprime la inhibición tónica de N3t sobre N1M?? El alimento actva a N1M y ésta inhibe a N3t?? O...

Experimento 1- Se suprimió a N1M mediante su hiperpolarización. 2- Se estimuló el sistema mediante sacarosa. 3- Se midió la actividad de N3t.

Resultados Al aplicar el quimioestimulante, se reduce la actividad tónica de N3t sin la intervención de N1M. El alimento actúa directamente sobre N3t, suprimiendo su inhibición tónica sobre N1M, desencadenando el ciclo de alimentación.

El nivel de control supresor es influenciado por el estado de saciedad Se piensa que los ciclos espontáneos en reposo cumplen la función de muestrear el entorno químico La actividad de la alimentación espontánea, en cuanto a comportamiento, es más débil en saciedad que en hambre Entonces N3t podría ser un importante factor en la regulación de la actividad espontánea de los CPG en relación con la saciedad.

La actividad espontánea de alimentación, ¿difiere con el nivel de saciedad? HAMBRIENTOS VS SACIADOS Evaluaron: Presencia/ausencia de actividad espontánea en reposo Número de ciclos/minuto en reposo

Resultados SACIADOS  2/13 c/act esp (0.5 ± 0.3) ciclos/min HAMBRIENTOS  9/14 c/act esp (3.4 ± 0.9) ciclos/min La regulación por parte de N3t se mantiene aún en las preparaciones reducidas

La actividad eléctrica de N3t, ¿difiere con el nivel de saciedad? HAMBRIENTOS VS SACIADOS Evaluaron: EPSPs provenientes de N3t en B3 (-100mV), durante 20 s en reposo.

Resultados La actividad de N3t es un factor que contribuye en determinar la excitabilidad de CPG

Resultados (R2=0.4) (Pearson’s R, - 0.64; P<0.01) La actividad de N3t puede explicar la disminución o falta de actividad rítmica.

Conclusiones Estos experimentos sugieren un rol comportamental relevante para la actividad tónica de N3t y brindan soporte a la noción de que hay una fuerte relación entre los disparos mantenidos de N3t y la falta de actividad rítmica en CPG.

Discusión general N3t con actividad tónica y de alta frecuencia N3t y su flecha estan en rojo fuerte por la inhibicion tonica que ejerce. N1M esta en blanco porque no tiene actividad. Los circulitos de las líneas punteadas son IPSPs.

Discusión general El estado de los animales modula la actividad tónica de N3t (menor frecuencia) Ahora N3t esta mas palido porque si actividad inhibitoria baja (menor frecuencia). N1M puede tener actividad en ciertos momentos (actividad espontánea) y por eso es verde clarito

Discusión general En presencia de comida, N1M se libera de la inhibición N3t sólo dispara fásicamente cuando N1M es hiperpolarizada (raspado) N3t no tiene actividad tónica y por eso es blanco. N1M lo inhibe completamente, excepto cuando es hiperpolarizada por N2 (raspado) y por eso su actividad es plena (color verde intenso). N3t solo tiene actividad fásica durante el tragado.

Conclusión final Estudio de una neurona capaz de generar un patrón de actividad motora y, a través de la misma conectividad sináptica, inhibir a todo el CPG produciendo reposo. Antes sólo se había estudiado el rol activo de las neuronas en los CPG, es decir, la generación del patrón.

¿Preguntas?