The McGraw-Hill Companies © 2011. Todos los derechos reservados. C APÍTULO 8 Plasticidad sináptica.

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1 The McGraw-Hill Companies © 2011. Todos los derechos reservados. C APÍTULO 8 Plasticidad sináptica

2 The McGraw-Hill Companies © 2011. Todos los derechos reservados. Figura R8-1-1 Representación de la composición óptica interna de un microscopio confocal y diagrama simplificado de Jablonski para el proceso de excitación de una molécula fluorescente con absorción de un fotón (fotón con longitud de onda λ1) y dos fotones (dos fotones con longitud de onda λA y λB, donde λA = λB). En el microscopio de dos fotones, la misma transición energética de la molécula se obtiene con dos fotones a la mitad de la energía pero aplica de manera simultánea. λ2 representa la emisión fluorescente.

3 The McGraw-Hill Companies © 2011. Todos los derechos reservados. Figura R8-1-2 Ejemplo de análisis del circuito neuronal con la técnica de microscopia de dos fotones. Las células neuronales son fluorescentes porque expresan la proteína fluorescente verde o GFP (green fluorescent protein). Nótese en la secuencia de abajo la dinámica de las espinas dendríticas. La ramificación de mayores dimensiones es una dendrita. En los días sucesivos, la varicosidad presináptica indicada con la cabeza de fl echa roja (el axón es la estructura más delgada) contacta dos espinas postsinápticas (cabeza de flecha verde) en tiempos sucesivos (días 5 y 8). (Tomada de J Trachtenberg, et al., 2002.)

4 The McGraw-Hill Companies © 2011. Todos los derechos reservados. Figura 8-1 Esquema de un cono de crecimiento. Su forma varía según sea la dirección precisa en que crece. La dirección del alargamiento depende de señales extracelulares de tipo soluble, ya sea unidas a la matriz extracelular o a la membrana de las células contiguas. Desde el punto de vista mecánico, este crecimiento direccional es posible gracias a la fijación de la membrana, y por tanto del esqueleto interno en los microtúbulos de los microfilamentos de actina y miosina en una superficie permisiva. Los microfilamentos de actina se polimerizan entonces en los filopodios, que de ese modo se ven impelidos a crecer. La fusión de las vesículas en cuerpos multivesiculares permite agregar membrana en la zona a mayor crecimiento, mientras que la endocitosis de partes de la membrana posibilita la retracción.

5 The McGraw-Hill Companies © 2011. Todos los derechos reservados. Figura 8-2 a, una vez alcanzado el objetivo, sólo algunos axones permanecen conectados al objetivo. Durante el desarrollo, las neuronas que pierden su territorio de inervación tienden a degenerarse. Una de las posibles explicaciones de este efecto es la liberación en cantidad limitada de factores de acción neurotrófica por parte de las células objetivo. Este modelo surgió de los experimentos pioneros de V. Hamburger y Rita Levi Montalcini. Al manipular una extremidad del embrión de pollo, observaron que las motoneuronas relativas morían. Al agregar un miembro supernumerario se asistía, por el contrario, al aumento del número de motoneuronas. El objetivo producía entonces factores que determinaban la supervivencia de las neuronas superiores; este factor se depuró después y se denominó NGF. b, posibles factores que previenen la muerte de las células neuronales. Éstas se liberan de las células objetivo en función de la actividad eléctrica y sináptica.

6 The McGraw-Hill Companies © 2011. Todos los derechos reservados. Figura 8-3 Etapas necesarias para la formación de una sinapsis glutamatérgica. (Modificada por A Rao, Heterogeneity in the molecular composition of excitatory postsynaptic sites during development of hippocampal neurons in culture, J Neurosci 18:1217-29, 1998.)

7 The McGraw-Hill Companies © 2011. Todos los derechos reservados. Figura 8-4 Visualización in vivo de los receptores glutamatérgicos presentes en la superficie de las sinapsis hipocámpicas. a, regiones de los receptores GluR-1 reconocida por los anticuerpos. b, sinapsis hipocámpicas. c, receptores glutamatérgicos. (pgc A Malgaroli y A Abenavoli.)

8 The McGraw-Hill Companies © 2011. Todos los derechos reservados. Figura 8-5 Modelo esquemático de la inserción y traslado a la sinapsis de los receptores AMPA (en amarillo) y su interacción con los receptores NMDA (en azul).

9 The McGraw-Hill Companies © 2011. Todos los derechos reservados. Figura 8-6 Esquema que ilustra la competencia entre dos sinapsis neoformadas. a, dos sinapsis neoformadas, ambas activas. b, si de las sinapsis presentes sólo funciona una, la inactiva se elimina. Existen múltiples razones para explicar este estado de quiescencia o silencio sináptico que precede a la remoción; de ellas, debe considerarse que los potenciales de acción no alcanzan las sinapsis, tienen una baja probabilidad de liberación o no poseen receptores postsinápticos para los neurotransmisores. c, si ambas sinapsis son activas, pero una de las dos muestra mayor actividad, ésta se refuerza de manera funcional o anatómica con su duplicación.

10 The McGraw-Hill Companies © 2011. Todos los derechos reservados. Figura 8-7 Esquema de la ley de Hebb. Los símbolos + y – indican la presencia o la ausencia de actividad eléctrica en las dos células, presináptica y postsináptica.

11 The McGraw-Hill Companies © 2011. Todos los derechos reservados. Figura 8-8 Ejemplo de facilitación sináptica (facilitación por pares de impulsos). a, obsérvese cómo el segundo impulso s2 genera un EPSP de dimensiones mayores respecto del primer s1. b, curso temporal de esta facilitación al variar la distancia temporal entre los dos impulsos (relación entre la amplitud del segundo EPSP s2 dividida por la amplitud del primer EPSP s1): el EPSP regresa al valor control en alrededor de 1 s. (pgc A Malgaroli y A Ciardo.)

12 The McGraw-Hill Companies © 2011. Todos los derechos reservados. Figura R8-2 Los descubridores de la LTP —Tim Bliss y Terje Lømo— en una fotografía tomada en 2003. Tim Bliss (a la derecha) es un Ph.D. (McGill University de Montreal) y trabaja en la División de Neurofisiología del National Institute for Medical Research Mill Hill en Londres. Terje Lømo (a la izquierda) es un M.D.-Ph.D. (Universidad de Berge, Universidad de Oslo, Noruega) y trabaja en el Departamento de Fisiología de la Universidad de Oslo, Noruega. (pgc Tim Bliss.)

13 The McGraw-Hill Companies © 2011. Todos los derechos reservados. Figura 8-9 Efecto de una estimulación individual tetánica en la región CA1 del hipocampo. La estimulación se ha aplicado a las fibras del colateral de Schaffer (100 Hz por 1 s). (pgc A Malgaroli y A Ciardo.)

14 The McGraw-Hill Companies © 2011. Todos los derechos reservados. Figura 8-10 Ejemplo de inducción concatenada de LTD y LTP. La LTD puede “apagar” la LTP y viceversa. (Modificada por Mulkey, et al., 1993.)

15 The McGraw-Hill Companies © 2011. Todos los derechos reservados. Figura 8-11 El receptor NMDA funciona con moléculas asociativas: para funcionar requiere la presencia simultánea de glutamato, liberado por la terminación presináptica (A) y una despolarización postsináptica (B). Si estas condiciones están presentes, la abertura del canal permite el tránsito de iones calcio en la terminación postsináptica.

16 The McGraw-Hill Companies © 2011. Todos los derechos reservados. Figura 8-12 Especificidad y asociatividad sináptica. a, si dos sinapsis se estimulan a intervalos diversos y después sólo una de las dos recibe el estímulo tetánico (barra azul), sólo ésta se potencia. b, si, por el contrario, mientras una de las dos recibe el estímulo tetánico potenciador, la otra se estimula en fase con un estímulo de bajo umbral también ésta se potencia.

17 The McGraw-Hill Companies © 2011. Todos los derechos reservados. Figura 8-13 Vías de señalamientos intracelulares impulsadas por la activación del receptor NMDA en la espina postsináptica. Nótese cómo la salida de calcio (Ca2+) lleva a la activación de cinasas (p. ej., PKC, CaMKII, ERK/MAPK), pero también de las fosfatasas (p. ej., calcineurina, PP1). NOS, sintasas para el monóxido de azufre; NO, un posible mensajero retrógrado. Obsérvese cómo el NO, una molécula gaseosa, se difunde al exterior de la espina y por tanto es capaz de alcanzar la terminación presináptica donde desarrolla su propia acción.