Dendrita

Una dendrita (del griego δένδρον déndron , "árbol") o dendrón es un proceso citoplasmático ramificado que se extiende desde una célula nerviosa que propaga la estimulación electroquímica recibida de otras células neuronales hasta el cuerpo celular, o soma , de la neurona desde la que se proyectan las dendritas. La estimulación eléctrica se transmite a las dendritas por las neuronas situadas aguas arriba (normalmente a través de sus axones ) mediante sinapsis que se encuentran en varios puntos a lo largo del árbol dendrítico.

Las dendritas desempeñan un papel fundamental en la integración de estas entradas sinápticas y en la determinación del grado en que la neurona produce potenciales de acción . ^[1]

Las dendritas son uno de los dos tipos de procesos citoplasmáticos que sobresalen del cuerpo celular de una neurona ; el otro tipo es el axón . Los axones se pueden distinguir de las dendritas por varias características, entre ellas la forma, la longitud y la función. Las dendritas suelen tener una forma más estrecha y son más cortas, mientras que los axones tienden a mantener un radio constante y pueden ser muy largos. Normalmente, los axones transmiten señales electroquímicas y las dendritas reciben las señales electroquímicas, aunque algunos tipos de neuronas de determinadas especies carecen de axones especializados y transmiten señales a través de sus dendritas. ^[3] Las dendritas proporcionan una superficie ampliada para recibir señales de las terminales axonal de otras neuronas. ^[4] La dendrita de una célula piramidal grande recibe señales de unas 30.000 neuronas presinápticas. ^[5] Las sinapsis excitatorias terminan en espinas dendríticas , pequeñas protuberancias de la dendrita con una alta densidad de receptores de neurotransmisores . La mayoría de las sinapsis inhibidoras entran en contacto directo con el eje dendrítico.

La actividad sináptica provoca cambios locales en el potencial eléctrico a través de la membrana plasmática de la dendrita. Este cambio en el potencial de membrana se propagará pasivamente a lo largo de la dendrita, pero se debilita con la distancia sin un potencial de acción . Para generar un potencial de acción, muchas sinapsis excitatorias tienen que estar activas al mismo tiempo, lo que lleva a una fuerte despolarización de la dendrita y el cuerpo celular ( soma ). El potencial de acción, que normalmente comienza en el cono axónico , se propaga a lo largo del axón hasta las terminales axónicas donde desencadena la liberación de neurotransmisores, pero también hacia atrás en la dendrita (propagación retrógrada), proporcionando una señal importante para la plasticidad dependiente del tiempo de pico (STDP). ^[4]

La mayoría de las sinapsis son axodendríticas, es decir, un axón envía señales a una dendrita. También existen sinapsis dendrodendríticas , es decir, las señales se transmiten de una dendrita a otra. ^[6] Una autapsis es una sinapsis en la que el axón de una neurona transmite señales a su propia dendrita.

La estructura general de la dendrita se utiliza para clasificar las neuronas en tipos multipolares , bipolares y unipolares . Las neuronas multipolares están compuestas por un axón y muchos árboles dendríticos. Las células piramidales son neuronas corticales multipolares con cuerpos celulares en forma de pirámide y grandes dendritas que se extienden hacia la superficie de la corteza ( dendrita apical ). Las neuronas bipolares tienen dos dendritas principales en extremos opuestos del cuerpo celular. Muchas neuronas inhibidoras tienen esta morfología. Las neuronas unipolares, típicas de los insectos, tienen un tallo que se extiende desde el cuerpo celular que se separa en dos ramas, una que contiene las dendritas y la otra con los botones terminales. En los vertebrados, las neuronas sensoriales que detectan el tacto o la temperatura son unipolares. ^{[6] [7] [8]} La ramificación dendrítica puede ser extensa y en algunos casos es suficiente para recibir hasta 100.000 entradas a una sola neurona. ^[4]

El término dendritas fue utilizado por primera vez en 1889 por Wilhelm His para describir el número de "procesos protoplásmicos" más pequeños que estaban unidos a una célula nerviosa . ^[9] Al anatomista alemán Otto Friedrich Karl Deiters generalmente se le atribuye el descubrimiento del axón al distinguirlo de las dendritas.

Algunos de los primeros registros intracelulares en un sistema nervioso fueron realizados a fines de la década de 1930 por Kenneth S. Cole y Howard J. Curtis. El suizo Rüdolf Albert von Kölliker y el alemán Robert Remak fueron los primeros en identificar y caracterizar el segmento inicial axonal . Alan Hodgkin y Andrew Huxley también emplearon el axón gigante del calamar (1939) y para 1952 habían obtenido una descripción cuantitativa completa de la base iónica del potencial de acción, lo que llevó a la formulación del modelo de Hodgkin-Huxley . Hodgkin y Huxley fueron galardonados conjuntamente con el Premio Nobel por este trabajo en 1963. Las fórmulas que detallan la conductancia axonal se extendieron a los vertebrados en las ecuaciones de Frankenhaeuser-Huxley. Louis-Antoine Ranvier fue el primero en describir los huecos o nodos que se encuentran en los axones y por esta contribución, estas características axónicas ahora se conocen comúnmente como los Nodos de Ranvier. Santiago Ramón y Cajal, anatomista español, propuso que los axones eran los componentes de salida de las neuronas. ^[10] También propuso que las neuronas eran células discretas que se comunicaban entre sí a través de uniones especializadas, o espacios, entre células, ahora conocidas como sinapsis. Ramón y Cajal mejoró un proceso de tinción de plata conocido como método de Golgi, que había sido desarrollado por su rival, Camillo Golgi . ^[11]

Durante el desarrollo de las dendritas, varios factores pueden influir en la diferenciación. Entre ellos, se incluyen la modulación de la información sensorial, los contaminantes ambientales, la temperatura corporal y el consumo de drogas. ^[12] Por ejemplo, se descubrió que las ratas criadas en entornos oscuros tenían un número reducido de espinas en las células piramidales ubicadas en la corteza visual primaria y un marcado cambio en la distribución de la ramificación de las dendritas en las células estrelladas de la capa 4. ^[13] Los experimentos realizados in vitro e in vivo han demostrado que la presencia de aferentes y la actividad de entrada per se pueden modular los patrones en los que se diferencian las dendritas. ^[14]

Se sabe poco sobre el proceso por el cual las dendritas se orientan in vivo y se ven obligadas a crear el intrincado patrón de ramificación exclusivo de cada clase neuronal específica. Una teoría sobre el mecanismo de desarrollo de los árboles dendríticos es la hipótesis sinaptotrópica. La hipótesis sinaptotrópica propone que la información de una célula presináptica a una postsináptica (y la maduración de las entradas sinápticas excitatorias) puede eventualmente cambiar el curso de la formación de sinapsis en los árboles dendríticos y axónicos. ^[15]

Esta formación de sinapsis es necesaria para el desarrollo de la estructura neuronal en el cerebro funcional. Un equilibrio entre los costos metabólicos de la elaboración dendrítica y la necesidad de cubrir el campo receptivo presumiblemente determinan el tamaño y la forma de las dendritas. Una compleja serie de señales extracelulares e intracelulares modula el desarrollo de las dendritas, incluidos los factores de transcripción, las interacciones receptor-ligando, varias vías de señalización, la maquinaria de traducción local, los elementos del citoesqueleto, los puestos de avanzada de Golgi y los endosomas. Estos contribuyen a la organización de las dendritas en los cuerpos celulares individuales y la ubicación de estas dendritas en el circuito neuronal. Por ejemplo, se demostró que la proteína de unión al código postal 1 de β-actina (ZBP1) contribuye a la ramificación dendrítica adecuada.

Otros factores de transcripción importantes implicados en la morfología de las dendritas incluyen CUT, Abrupt, Collier, Spineless, ACJ6/drifter, CREST, NEUROD1, CREB, NEUROG2, etc. Las proteínas secretadas y los receptores de la superficie celular incluyen neurotrofinas y receptores de tirosina quinasa, BMP7, Wnt/dishevelled, EPHB 1–3, semaforina/plexina-neuropilina, slit-robo, netrina-frazzled, reelina. Rac, CDC42 y RhoA sirven como reguladores del citoesqueleto, y la proteína motora incluye KIF5, dineína, LIS1. Se ha descubierto que la arborización dendrítica es inducida en las células de Purkinje del cerebelo por la sustancia P. ^[16] Las vías secretoras y endocíticas importantes que controlan el desarrollo dendrítico incluyen DAR3/SAR1, DAR2/Sec23, DAR6/Rab1, etc. Todas estas moléculas interactúan entre sí para controlar la morfogénesis dendrítica, incluida la adquisición de la arborización dendrítica específica del tipo, la regulación del tamaño de las dendritas y la organización de las dendritas que emanan de diferentes neuronas. ^{[1] [17]}

La arborización dendrítica, también conocida como ramificación dendrítica, es un proceso biológico de varios pasos mediante el cual las neuronas forman nuevos árboles dendríticos y ramas para crear nuevas sinapsis. ^[1] Las dendritas de muchos organismos adoptan diferentes patrones morfológicos de ramificación. La morfología de las dendritas, como la densidad de ramificación y los patrones de agrupamiento, están altamente correlacionadas con la función de la neurona. La malformación de las dendritas también está estrechamente relacionada con el deterioro de la función del sistema nervioso. ^[14]

Las morfologías ramificadas pueden asumir una estructura adendrítica (que no tiene una estructura ramificada o no es similar a un árbol) o una estructura de radiación similar a un árbol. Los patrones de arborización en forma de árbol pueden ser fusiformes (donde dos dendritas irradian desde polos opuestos de un cuerpo celular con pocas ramas, ver neuronas bipolares ), esféricos (donde las dendritas irradian en una parte o en todas las direcciones desde un cuerpo celular, ver células granulares cerebelosas ), laminares (donde las dendritas pueden irradiar de forma plana, separadas del cuerpo celular por uno o más tallos, o multiplanares, ver células horizontales de la retina , células ganglionares de la retina , células amacrinas de la retina respectivamente), cilíndricos (donde las dendritas irradian en todas las direcciones en forma de cilindro, como un disco, ver neuronas pálidas ), cónicos (las dendritas irradian como un cono alejándose del cuerpo celular, ver células piramidales ) o en abanico (donde las dendritas irradian como un abanico plano como en las células de Purkinje ).

La estructura y ramificación de las dendritas de una neurona, así como la disponibilidad y variación de la conductancia iónica dependiente del voltaje , influyen fuertemente en la forma en que la neurona integra la información de otras neuronas. Esta integración es tanto temporal, involucrando la suma de estímulos que llegan en rápida sucesión, como espacial, involucrando la agregación de información excitatoria e inhibitoria de ramas separadas. ^[18]

Antes se pensaba que las dendritas simplemente transmitían estimulación eléctrica de forma pasiva. Esta transmisión pasiva significa que los cambios de voltaje medidos en el cuerpo celular son el resultado de la activación de las sinapsis distales que propagan la señal eléctrica hacia el cuerpo celular sin la ayuda de canales iónicos controlados por voltaje . La teoría del cable pasivo describe cómo los cambios de voltaje en una ubicación particular de una dendrita transmiten esta señal eléctrica a través de un sistema de segmentos dendríticos convergentes de diferentes diámetros, longitudes y propiedades eléctricas. Con base en la teoría del cable pasivo, se puede rastrear cómo los cambios en la morfología dendrítica de una neurona impactan el voltaje de la membrana en el cuerpo celular y, por lo tanto, cómo la variación en las arquitecturas de las dendritas afecta las características generales de salida de la neurona. ^{[19] [20]}

Los potenciales de acción iniciados en el cono axónico se propagan de nuevo hacia el interior del árbol dendrítico. Estos potenciales de acción retropropagados despolarizan la membrana dendrítica y proporcionan una señal crucial para la modulación de la sinapsis y la potenciación a largo plazo . La retropropagación no es completamente pasiva, sino que se modula por la presencia de canales de potasio dependientes del voltaje dendríticos . Además, en ciertos tipos de neuronas, un tren de potenciales de acción retropropagados puede inducir un potencial de acción de calcio (un pico dendrítico ) en las zonas de iniciación dendríticas. ^{[21] [22]}

Las dendritas parecen ser capaces de realizar cambios plásticos durante la vida adulta de los animales, incluidos los invertebrados. ^[23] Las dendritas neuronales tienen varios compartimentos conocidos como unidades funcionales que pueden calcular los estímulos entrantes. Estas unidades funcionales están involucradas en el procesamiento de la entrada y están compuestas por los subdominios de las dendritas, como espinas, ramas o agrupaciones de ramas. Por lo tanto, la plasticidad que conduce a cambios en la estructura de las dendritas afectará la comunicación y el procesamiento en la célula. Durante el desarrollo, la morfología de las dendritas está determinada por programas intrínsecos dentro del genoma de la célula y factores extrínsecos como señales de otras células. Pero en la vida adulta, las señales extrínsecas se vuelven más influyentes y causan cambios más significativos en la estructura de las dendritas en comparación con las señales intrínsecas durante el desarrollo. En las hembras, la estructura dendrítica puede cambiar como resultado de las condiciones fisiológicas inducidas por hormonas durante períodos como el embarazo, la lactancia y después del ciclo estral. Esto es particularmente visible en las células piramidales de la región CA1 del hipocampo, donde la densidad de dendritas puede variar hasta un 30%. ^[14]

Observaciones experimentales recientes sugieren que la adaptación se lleva a cabo en los árboles dendríticos neuronales, donde se observó que la escala de tiempo de adaptación era tan baja como varios segundos. ^{[24] [25]} Se ha demostrado que ciertas arquitecturas de aprendizaje automático basadas en árboles dendríticos simplifican el algoritmo de aprendizaje sin afectar el rendimiento. ^[26]

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