Espina dendrítica
Pequeña protuberancia en una dendrita que recibe información de un solo axón.
Espina dendrítica
Dendrita espinosa de una neurona espinosa mediana estriatal .
Tipos comunes de espinas dendríticas.
Detalles
Identificadores
latíngemula dendrítica
MallaD049229
ElH2.00.06.1.00036
Términos anatómicos de microanatomía
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Una espina dendrítica (o espina ) es una pequeña protuberancia de membrana de la dendrita de una neurona que normalmente recibe información de un solo axón en la sinapsis . Las espinas dendríticas sirven como un sitio de almacenamiento para la fuerza sináptica y ayudan a transmitir señales eléctricas al cuerpo celular de la neurona. La mayoría de las espinas tienen una cabeza bulbosa (la cabeza de la espina) y un cuello delgado que conecta la cabeza de la espina con el eje de la dendrita. Las dendritas de una sola neurona pueden contener cientos a miles de espinas. Además de que las espinas proporcionan un sustrato anatómico para el almacenamiento de la memoria y la transmisión sináptica, también pueden servir para aumentar el número de posibles contactos entre neuronas. [1] También se ha sugerido que los cambios en la actividad de las neuronas tienen un efecto positivo en la morfología de las espinas. [2]

Estructura

Las espinas dendríticas son pequeñas y el volumen de la cabeza de la espina varía entre 0,01 μm 3 y 0,8 μm 3 . Las espinas con fuertes contactos sinápticos suelen tener una cabeza de espina grande, que se conecta a la dendrita a través de un cuello membranoso. Las clases más notables de forma de espina son "delgada", "rechoncha", "en forma de hongo" y "bifurcada". Los estudios de microscopía electrónica han demostrado que existe un continuo de formas entre estas categorías. [3] Se cree que la forma y el volumen variables de la espina están correlacionados con la fuerza y ​​la madurez de cada espina-sinapsis.

Distribución

Las espinas dendríticas suelen recibir información excitatoria de los axones, aunque a veces se realizan conexiones tanto inhibidoras como excitatorias en la misma cabeza de la espina. [4] La proximidad del axón excitador a las espinas dendríticas no es suficiente para predecir la presencia de una sinapsis, como lo demostró el laboratorio de Lichtman en 2015. [5]

Las espinas se encuentran en las dendritas de la mayoría de las neuronas principales del cerebro, incluidas las neuronas piramidales del neocórtex , las neuronas espinosas medianas del cuerpo estriado y las células de Purkinje del cerebelo . Las espinas dendríticas se presentan en una densidad de hasta 5 espinas/1 μm de tramo de dendrita. Las neuronas piramidales del hipocampo y la corteza pueden recibir decenas de miles de entradas, principalmente excitatorias, de otras neuronas en sus espinas igualmente numerosas, mientras que el número de espinas en las dendritas de las neuronas de Purkinje es un orden de magnitud mayor.

Citoesqueleto y organelos

El citoesqueleto de las espinas dendríticas es particularmente importante en su plasticidad sináptica ; sin un citoesqueleto dinámico, las espinas no podrían cambiar rápidamente sus volúmenes o formas en respuesta a estímulos. Estos cambios en la forma podrían afectar las propiedades eléctricas de la espina. El citoesqueleto de las espinas dendríticas está hecho principalmente de actina filamentosa ( F-actina ). Están presentes monómeros de tubulina y proteínas asociadas a microtúbulos (MAP), y están presentes microtúbulos organizados . [6] Debido a que las espinas tienen un citoesqueleto principalmente de actina, esto les permite ser altamente dinámicas en forma y tamaño. El citoesqueleto de actina determina directamente la morfología de la espina, y los reguladores de actina, pequeñas GTPasas como Rac , RhoA y CDC42 , modifican rápidamente este citoesqueleto. La hiperactividad de Rac1 da como resultado espinas dendríticas consistentemente más pequeñas.

Además de su actividad electrofisiológica y su actividad mediada por receptores, las espinas parecen ser vesicularmente activas e incluso pueden traducir proteínas . Se han identificado discos apilados del retículo endoplasmático liso (REL) en espinas dendríticas. La formación de este " aparato de espinas " depende de la proteína sinaptopodina y se cree que desempeña un papel importante en el manejo del calcio. También se han identificado vesículas "lisas" en espinas, que respaldan la actividad vesicular en espinas dendríticas. La presencia de polirribosomas en espinas también sugiere actividad de traducción de proteínas en la propia espina, no solo en la dendrita.

Morfogénesis

La morfogénesis de las espinas dendríticas es fundamental para la inducción de la potenciación a largo plazo (PLP). [7] [8] La morfología de la espina depende de los estados de la actina , ya sea en forma globular (G-actina) o filamentosa (F-actina). El papel de la familia Rho de GTPasas y sus efectos en la estabilidad de la actina y la motilidad de la espina [9] tiene implicaciones importantes para la memoria. Si la espina dendrítica es la unidad básica de almacenamiento de información, entonces la capacidad de la espina para extenderse y retraerse espontáneamente debe limitarse. De lo contrario, la información puede perderse. La familia Rho de GTPasas hace contribuciones significativas al proceso que estimula la polimerización de actina, que a su vez aumenta el tamaño y la forma de la espina. [10] Las espinas grandes son más estables que las más pequeñas y pueden ser resistentes a la modificación por actividad sináptica adicional. [11] Debido a que los cambios en la forma y el tamaño de las espinas dendríticas están correlacionados con la fuerza de las conexiones sinápticas excitatorias y dependen en gran medida de la remodelación de su citoesqueleto de actina subyacente, [12] los mecanismos específicos de regulación de la actina y, por lo tanto, la familia Rho de GTPasas, son fundamentales para la formación, maduración y plasticidad de las espinas dendríticas y para el aprendizaje y la memoria.

Vía RhoA

Una de las principales GTPasas Rho implicadas en la morfogénesis de la espina es RhoA , una proteína que también modula la regulación y el momento de la división celular. En el contexto de la actividad en neuronas, RhoA se activa de la siguiente manera: una vez que el calcio ha entrado en una célula a través de los receptores NMDA , se une a la calmodulina y activa CaMKII , lo que conduce a la activación de RhoA. [10] La activación de la proteína RhoA activará ROCK, una quinasa RhoA, que conduce a la estimulación de la quinasa LIM , que a su vez inhibe la proteína cofilina . La función de la cofilina es reorganizar el citoesqueleto de actina de una célula; es decir, despolimeriza los segmentos de actina y, por lo tanto, inhibe el crecimiento de los conos de crecimiento y la reparación de los axones. [13]

Un estudio realizado por Murakoshi et al. en 2011 implicó a las GTPasas RhoA y Cdc42 en la morfogénesis de las espinas dendríticas. Ambas GTPasas se activaron rápidamente en espinas dendríticas individuales de neuronas piramidales en la región CA1 del hipocampo de rata durante la plasticidad estructural provocada por estímulos de potenciación a largo plazo. La activación concurrente de RhoA y Cdc42 condujo a un aumento transitorio en el crecimiento de la espina de hasta un 300% durante cinco minutos, que decayó en un crecimiento menor pero sostenido durante treinta minutos. [10] La activación de RhoA se difundió alrededor de la espina sometida a estimulación, y se determinó que RhoA es necesaria para la fase transitoria y, muy probablemente, también para la fase sostenida del crecimiento de la espina.

Vía Cdc42

La Cdc42 se ha visto implicada en muchas funciones diferentes, entre ellas el crecimiento dendrítico, la ramificación y la estabilidad de las ramas. [14] La entrada de calcio en la célula a través de los receptores NMDA se une a la calmodulina y activa las proteínas quinasas II dependientes de Ca2+/calmodulina (CaMKII). A su vez, la CaMKII se activa y esto activa a la Cdc42, tras lo cual no se produce ninguna señalización de retroalimentación aguas arriba del calcio y la CaMKII. Si se etiqueta con proteína fluorescente verde mejorada con monómeros, se puede ver que la activación de la Cdc42 se limita solo a la espina estimulada de una dendrita. Esto se debe a que la molécula se activa continuamente durante la plasticidad y se inactiva inmediatamente después de difundirse fuera de la espina. A pesar de su actividad compartimentada, la Cdc42 sigue siendo móvil fuera de la espina estimulada, al igual que la RhoA. La Cdc42 activa la PAK, que es una proteína quinasa que fosforila específicamente y, por lo tanto, inactiva la ADF/cofilina. [15] La inactivación de la cofilina conduce a un aumento de la polimerización de actina y a una expansión del volumen de la columna vertebral. Para que este aumento del volumen de la columna vertebral se mantenga, es necesaria la activación de Cdc42.

Cambios observados en la plasticidad estructural

La entrada de calcio a través de los receptores NMDA activa la CAMKII, que luego regula otras cascadas de señalización que modulan la actividad de las proteínas de unión a la actina, la cofilina y la profilina. Estas cascadas se pueden dividir en dos vías principales, las vías RhoA y Cdc42, que están mediadas principalmente por estos miembros de la familia Rho de GTPasas. En la etapa transitoria, la cascada de señalización causada por la actividad sináptica hace que LIMK1 fosforile ADF/cofilina a través de las vías RhoA y Cdc42, lo que a su vez inhibe la despolimerización de la F-actina y aumenta drásticamente el volumen de la espina dendrítica, al tiempo que induce la LTP.

Murakoshi, Wang y Yasuda (2011) examinaron los efectos de la activación de la GTPasa Rho en la plasticidad estructural de espinas dendríticas individuales y dilucidaron las diferencias entre las fases transitoria y sostenida. [10]

Cambios transitorios en la plasticidad estructural

La aplicación de un tren de baja frecuencia de liberación de glutamato de dos fotones en una sola espina dendrítica puede provocar una activación rápida tanto de RhoA como de Cdc42. Durante los dos minutos siguientes, el volumen de la espina estimulada puede expandirse hasta el 300 por ciento de su tamaño original. Sin embargo, este cambio en la morfología de la espina es solo temporal; el volumen de la espina disminuye después de cinco minutos. La administración de C3 transferasa, un inhibidor de Rho, o glicil-H1152, un inhibidor de Rock, inhibe la expansión transitoria de la espina, lo que indica que la activación de la vía Rho-Rock es necesaria de alguna manera para este proceso. [10]

Cambios sostenidos en la plasticidad estructural

Por el contrario, la etapa sostenida se centra más en la activación de la vía RhoA, lo que en última instancia da como resultado una mayor concentración de profilina, lo que evita la polimerización adicional de actina y disminuye el tamaño de la espina dendrítica de la etapa transitoria, aunque todavía le permite permanecer en un nivel elevado en comparación con una espina no potenciada.

Después de que se producen los cambios transitorios descritos anteriormente, el volumen de la columna vertebral disminuye hasta que se eleva entre un 70 y un 80 por ciento del volumen original. Este cambio sostenido en la plasticidad estructural durará unos treinta minutos. Una vez más, la administración de la transferasa C3 y de Glycyl-H1152 suprimió este crecimiento, lo que sugiere que la vía Rho-Rock es necesaria para aumentos más persistentes en el volumen espinal. Además, la administración del dominio de unión Cdc42 de Wasp o de un inhibidor dirigido a la activación de Pak1-3 (IPA3) disminuye este crecimiento sostenido en el volumen, lo que demuestra que la vía Cdc42-Pak también es necesaria para este crecimiento en el volumen espinal. Esto es importante porque los cambios sostenidos en la plasticidad estructural pueden proporcionar un mecanismo para la codificación, el mantenimiento y la recuperación de recuerdos. Las observaciones realizadas pueden sugerir que las GTPasas Rho son necesarias para estos procesos. [10]

Fisiología

Actividad del receptor

Las espinas dendríticas expresan receptores de glutamato (por ejemplo, receptor AMPA y receptor NMDA ) en su superficie. El receptor TrkB para BDNF también se expresa en la superficie de la espina, y se cree que desempeña un papel en la supervivencia de la espina. La punta de la espina contiene una región densa en electrones conocida como " densidad postsináptica " (PSD). La PSD se yuxtapone directamente a la zona activa de su axón sinaptante y comprende ~10% de la superficie de la membrana de la espina; los neurotransmisores liberados de la zona activa se unen a los receptores en la densidad postsináptica de la espina. La mitad de los axones sinaptantes y las espinas dendríticas están físicamente atados por cadherina dependiente de calcio , que forma uniones adherentes de célula a célula entre dos neuronas.

Los receptores de glutamato (GluR) se localizan en la densidad postsináptica y están anclados a la membrana por elementos del citoesqueleto. Están ubicados directamente sobre su maquinaria de señalización, que normalmente está anclada a la parte inferior de la membrana plasmática, lo que permite que las señales transmitidas por los GluR al citosol se propaguen aún más por sus elementos de señalización cercanos para activar las cascadas de transducción de señales . La localización de los elementos de señalización en sus GluR es particularmente importante para garantizar la activación de la cascada de señales, ya que los GluR no podrían afectar a determinados efectos posteriores sin señalizadores cercanos.

La señalización de los GluR está mediada por la presencia de una gran cantidad de proteínas, especialmente quinasas, que se localizan en la densidad postsináptica. Estas incluyen la calmodulina dependiente de calcio , CaMKII (proteína quinasa II dependiente de calmodulina), PKC (proteína quinasa C), PKA (proteína quinasa A), proteína fosfatasa-1 (PP-1) y tirosina quinasa Fyn . Ciertos señalizadores, como CaMKII, se regulan positivamente en respuesta a la actividad.

Las espinas son particularmente ventajosas para las neuronas porque compartimentan las señales bioquímicas. Esto puede ayudar a codificar cambios en el estado de una sinapsis individual sin afectar necesariamente el estado de otras sinapsis de la misma neurona. La longitud y el ancho del cuello de la espina tienen un gran efecto en el grado de compartimentación, siendo las espinas delgadas las más aisladas bioquímicamente.

Plasticidad

Las espinas dendríticas son muy "plásticas", es decir, cambian significativamente de forma, volumen y número en pequeños lapsos de tiempo. Debido a que las espinas tienen un citoesqueleto principalmente de actina , son dinámicas, y la mayoría de las espinas cambian de forma en cuestión de segundos a minutos debido al dinamismo de la remodelación de la actina . Además, el número de espinas es muy variable y las espinas aparecen y desaparecen; en cuestión de horas, entre el 10 y el 20 % de las espinas pueden aparecer o desaparecer espontáneamente en las células piramidales de la corteza cerebral, aunque las espinas más grandes con forma de "hongo" son las más estables.

El mantenimiento y la plasticidad de la columna vertebral dependen de la actividad [16] y son independientes de ella. El BDNF determina parcialmente los niveles de la columna vertebral [17] y se necesitan niveles bajos de actividad del receptor AMPA para mantener la supervivencia de la columna vertebral, y la actividad sináptica que involucra a los receptores NMDA estimula el crecimiento de la columna vertebral. Además, la microscopía de barrido láser de dos fotones y la microscopía confocal han demostrado que el volumen de la columna vertebral cambia según los tipos de estímulos que se presentan a una sinapsis.

Importancia para el aprendizaje y la memoria

Evidencia de importancia

Una representación de la formación y eliminación de la columna vertebral.
Formación y eliminación de la columna vertebral dependiente de la experiencia

La plasticidad de las espinas está implicada en la motivación , el aprendizaje y la memoria . [18] [19] [20] En particular, la memoria a largo plazo está mediada en parte por el crecimiento de nuevas espinas dendríticas (o el agrandamiento de espinas preexistentes) para reforzar una vía neuronal particular. Debido a que las espinas dendríticas son estructuras plásticas cuya vida útil está influenciada por la actividad de entrada, [21] la dinámica de las espinas puede desempeñar un papel importante en el mantenimiento de la memoria a lo largo de la vida.

Los cambios en la tasa de recambio de las espinas que dependen de la edad sugieren que la estabilidad de las espinas afecta el aprendizaje evolutivo. En la juventud, el recambio de las espinas dendríticas es relativamente alto y produce una pérdida neta de espinas. [1] [22] [23] Esta alta tasa de recambio de las espinas puede caracterizar períodos críticos del desarrollo y reflejar la capacidad de aprendizaje en la adolescencia: las diferentes áreas corticales muestran diferentes niveles de recambio sináptico durante el desarrollo, lo que posiblemente refleje períodos críticos variables para regiones cerebrales específicas. [19] [22] Sin embargo, en la edad adulta, la mayoría de las espinas permanecen persistentes y la vida media de las espinas aumenta. [1] Esta estabilización se produce debido a una desaceleración regulada por el desarrollo de la eliminación de espinas, un proceso que puede ser la base de la estabilización de los recuerdos en la madurez. [1] [22]

Los cambios inducidos por la experiencia en la estabilidad de las espinas dendríticas también apuntan a la renovación de las espinas como un mecanismo involucrado en el mantenimiento de la memoria a largo plazo, aunque no está claro cómo la experiencia sensorial afecta a los circuitos neuronales. Dos modelos generales podrían describir el impacto de la experiencia en la plasticidad estructural. Por un lado, la experiencia y la actividad pueden impulsar la formación discreta de conexiones sinápticas relevantes que almacenan información significativa para permitir el aprendizaje. Por otro lado, las conexiones sinápticas pueden formarse en exceso, y la experiencia y la actividad pueden conducir a la poda de conexiones sinápticas extrañas. [1]

En animales de laboratorio de todas las edades, el enriquecimiento ambiental se ha relacionado con la ramificación dendrítica, la densidad de espinas y el número total de sinapsis. [1] Además, se ha demostrado que el entrenamiento de habilidades conduce a la formación y estabilización de nuevas espinas mientras desestabiliza las espinas antiguas, [18] [24] lo que sugiere que el aprendizaje de una nueva habilidad implica un proceso de reconfiguración de los circuitos neuronales. Dado que el grado de remodelación de las espinas se correlaciona con el éxito del aprendizaje, esto sugiere un papel crucial de la plasticidad estructural sináptica en la formación de la memoria. [24] Además, los cambios en la estabilidad y el fortalecimiento de las espinas ocurren rápidamente y se han observado en cuestión de horas después del entrenamiento. [18] [19]

Por el contrario, mientras que el enriquecimiento y el entrenamiento están relacionados con el aumento de la formación y la estabilidad de las espinas, la privación sensorial a largo plazo conduce a un aumento de la tasa de eliminación de espinas [1] [22] y, por lo tanto, afecta a los circuitos neuronales a largo plazo. Al recuperar la experiencia sensorial después de la privación en la adolescencia, se acelera la eliminación de espinas, lo que sugiere que la experiencia desempeña un papel importante en la pérdida neta de espinas durante el desarrollo. [22] Además, se ha demostrado que otros paradigmas de privación sensorial, como el recorte de bigotes, aumentan la estabilidad de las nuevas espinas. [25]

Las investigaciones sobre enfermedades y lesiones neurológicas han arrojado más luz sobre la naturaleza e importancia del recambio de la columna vertebral. Después de un accidente cerebrovascular , se produce un marcado aumento de la plasticidad estructural cerca del lugar del traumatismo, y se ha observado un aumento de cinco a ocho veces con respecto a las tasas de control en el recambio de la columna vertebral. [26] Las dendritas se desintegran y se vuelven a ensamblar rápidamente durante la isquemia ; al igual que con el accidente cerebrovascular, los supervivientes mostraron un aumento en el recambio de las espinas dendríticas. [27] Aunque se observa una pérdida neta de espinas en la enfermedad de Alzheimer y los casos de discapacidad intelectual , el consumo de cocaína y anfetaminas se ha relacionado con aumentos en la ramificación dendrítica y la densidad de espinas en la corteza prefrontal y el núcleo accumbens . [28] Dado que se producen cambios significativos en la densidad de las espinas en diversas enfermedades del cerebro y la médula espinal, esto sugiere un estado equilibrado de la dinámica de la columna en circunstancias normales, que puede ser susceptible al desequilibrio en diversas condiciones patológicas. [28] [29]

También existen algunas evidencias de la pérdida de espinas dendríticas como consecuencia del envejecimiento. Un estudio realizado con ratones ha observado una correlación entre las reducciones relacionadas con la edad en la densidad de espinas en el hipocampo y las disminuciones dependientes de la edad en el aprendizaje y la memoria hipocampales. [30] Evidencias emergentes también han mostrado anomalías en las espinas dendríticas en las regiones de procesamiento del dolor del sistema nociceptivo de la médula espinal, incluidas las zonas superficial e intermedia del asta dorsal. [31] [29] [32] [33]

En general, la evidencia sugiere que las espinas dendríticas son cruciales para el funcionamiento normal del cerebro y la médula espinal. Las alteraciones en la morfología de las espinas no solo pueden influir en la plasticidad sináptica y el procesamiento de la información, sino que también tienen un papel clave en muchas enfermedades neurológicas. Además, incluso cambios sutiles en la densidad o el tamaño de las espinas dendríticas pueden afectar las propiedades de la red neuronal, [34] lo que podría conducir a alteraciones cognitivas o del estado de ánimo, deterioro del aprendizaje y la memoria, así como hipersensibilidad al dolor. [29] Además, los hallazgos sugieren que mantener la salud de la columna vertebral a través de terapias como el ejercicio, la estimulación cognitiva y las modificaciones del estilo de vida puede ser útil para preservar la plasticidad neuronal y mejorar los síntomas neurológicos.

Importancia en disputa

A pesar de los hallazgos experimentales que sugieren que la dinámica de las espinas dendríticas desempeña un papel en la mediación del aprendizaje y la memoria, el grado de importancia de la plasticidad estructural sigue siendo discutible. Por ejemplo, los estudios estiman que solo una pequeña parte de las espinas formadas durante el entrenamiento contribuyen realmente al aprendizaje permanente. [24] Además, la formación de nuevas espinas puede no contribuir significativamente a la conectividad del cerebro, y la formación de espinas puede no tener tanta influencia en la retención de la memoria como otras propiedades de la plasticidad estructural, como el aumento del tamaño de las cabezas de las espinas. [35]

Modelado

Los teóricos llevan décadas formulando hipótesis sobre la posible función eléctrica de las espinas, pero nuestra incapacidad para examinar sus propiedades eléctricas ha impedido hasta hace poco que el trabajo teórico avance demasiado. Los recientes avances en las técnicas de obtención de imágenes, junto con el mayor uso de la liberación de glutamato mediante dos fotones, han dado lugar a una gran cantidad de nuevos descubrimientos; ahora sospechamos que existen canales de sodio [36] , potasio [37] y calcio [38] dependientes del voltaje en las cabezas de las espinas. [39]

La teoría de cables proporciona el marco teórico que sustenta el método más "simple" para modelar el flujo de corrientes eléctricas a lo largo de fibras nerviosas pasivas. Cada espina puede considerarse como dos compartimentos, uno que representa el cuello y el otro la cabeza de la espina. El compartimento que representa la cabeza de la espina debería ser el único que contenga las propiedades activas.

Modelo continuo de Baer y Rinzel

Para facilitar el análisis de las interacciones entre muchas espinas, Baer y Rinzel formularon una nueva teoría de cables en la que la distribución de las espinas se trata como un continuo. [40] En esta representación, el voltaje de la cabeza de la espina es el promedio espacial local del potencial de membrana en las espinas adyacentes. La formulación mantiene la característica de que no hay acoplamiento eléctrico directo entre las espinas vecinas; la propagación del voltaje a lo largo de las dendritas es la única forma en que las espinas interactúan.

Modelo de pico-difuso-pico

El modelo SDS fue concebido como una versión computacionalmente simple del modelo completo de Baer y Rinzel. [41] Fue diseñado para ser analíticamente manejable y tener la menor cantidad posible de parámetros libres, conservando al mismo tiempo los de mayor importancia, como la resistencia del cuello de la espina. El modelo abandona la aproximación continua y, en su lugar, utiliza una dendrita pasiva acoplada a espinas excitables en puntos discretos. La dinámica de la membrana en las espinas se modela utilizando procesos de integración y disparo. Los eventos de pico se modelan de manera discreta con la forma de onda representada convencionalmente como una función rectangular.

Modelado de transitorios de calcio en la columna vertebral

Los transitorios de calcio en las espinas son un desencadenante clave de la plasticidad sináptica. [42] Los receptores NMDA , que tienen una alta permeabilidad al calcio, solo conducen iones si el potencial de membrana está suficientemente despolarizado. Por lo tanto, la cantidad de calcio que ingresa a una espina durante la actividad sináptica depende de la despolarización de la cabeza de la espina. La evidencia de los experimentos de imágenes de calcio ( microscopía de dos fotones ) y del modelado compartimental indica que las espinas con cuellos de alta resistencia experimentan transitorios de calcio más grandes durante la actividad sináptica. [39] [43]

Desarrollo

Las espinas dendríticas pueden desarrollarse directamente a partir de los ejes dendríticos o de los filopodios dendríticos . [44] Durante la sinaptogénesis , las dendritas brotan y retraen rápidamente los filopodios, pequeñas protuberancias membranosas que carecen de orgánulos de membrana. Recientemente, se descubrió que la proteína I-BAR MIM contribuía al proceso de iniciación. [45] Durante la primera semana de nacimiento, el cerebro está dominado por filopodios, que eventualmente desarrollan sinapsis. Sin embargo, después de esta primera semana, los filopodios son reemplazados por dendritas espinosas, pero también por espinas pequeñas y rechonchas que sobresalen de las dendritas espinosas. En el desarrollo de ciertos filopodios en espinas, los filopodios reclutan contacto presináptico con la dendrita, lo que estimula la producción de espinas para manejar el contacto postsináptico especializado con las protuberancias presinápticas.

Sin embargo, las espinas requieren maduración después de su formación. Las espinas inmaduras tienen capacidades de señalización reducidas y, por lo general, carecen de "cabezas" (o tienen cabezas muy pequeñas), solo cuellos, mientras que las espinas maduras mantienen tanto la cabeza como el cuello.

Importancia clínica

Investigaciones recientes han indicado anomalías en la densidad espinal en los trastornos de ansiedad . [4]

Los trastornos cognitivos como el TDAH , la enfermedad de Alzheimer , el autismo , la discapacidad intelectual y el síndrome del cromosoma X frágil pueden ser resultado de anomalías en las espinas dendríticas, especialmente en el número de espinas y su madurez. [46] [47] La ​​proporción de espinas maduras e inmaduras es importante en su señalización, ya que las espinas inmaduras tienen una señalización sináptica deteriorada. El síndrome del cromosoma X frágil se caracteriza por una sobreabundancia de espinas inmaduras que tienen múltiples filopodios en las dendritas corticales.

Historia

Las espinas dendríticas fueron descritas por primera vez a finales del siglo XIX por Santiago Ramón y Cajal en neuronas cerebelosas. [48] Ramón y Cajal propuso entonces que las espinas dendríticas podían servir como puntos de contacto entre neuronas, lo que se demostró más de 50 años después gracias a la aparición de la microscopía electrónica. [49] Hasta el desarrollo de la microscopía confocal en tejidos vivos, se admitía comúnmente que las espinas se formaban durante el desarrollo embrionario y que luego permanecerían estables después del nacimiento. En este paradigma, las variaciones del peso sináptico se consideraban suficientes para explicar los procesos de memoria a nivel celular. Pero desde hace aproximadamente una década, nuevas técnicas de microscopía confocal demostraron que las espinas dendríticas son de hecho estructuras móviles y dinámicas que experimentan un recambio constante, incluso después del nacimiento. [50] [51] [44]

Referencias

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  • Dendrita espinosa: base de datos centrada en la célula
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