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1 di 39 TEMA 1: citología del sistema nervioso En cerebro hay 1011 neuronas y cada una puede conectarse a 1000 ≠ neuronas => 1014 contactos sinápticos. 1906 = descubrimiento de neurona (Nobel) teoría reticular (Golgi): SNC formado por bras nerviosa entrelaz...

1 di 39 TEMA 1: citología del sistema nervioso En cerebro hay 1011 neuronas y cada una puede conectarse a 1000 ≠ neuronas => 1014 contactos sinápticos. 1906 = descubrimiento de neurona (Nobel) teoría reticular (Golgi): SNC formado por bras nerviosa entrelazadas entre si (impregnación argéntica con nitrato de plata y dicromate potásico) teoría neuronal (Ramon y Cajal): SNC formado por neuronas q reciben info por dendritas y sale por axon (principio de polaridad dinámica) + neuronas no son conectadas aleatoriamente (principio de especi cad de conexión) 1. SOMA — hay núcleo, RER, REL, AG.. (síntesis proteica). Puede recibir sinapsis inhibitorias 2. DENDRITAS — estructura cónica (gruesa cerca de soma y pues rami can (árbol dendrítico)). - apicales (hacia arriba) - basales (perpendiculares a soma) Espinas dendriticas: elementos post-sinápticos conectado a dendritas a través de cuello (aislada => dinámica de Ca2+ independiente de resto de neurona). Punto de entrada de info. + pequeña síntesis proteica 3. AXON — diámetro menor, longitud variable (um-m). Generalmente cubierto por vainas de mielina q son separadas por Nódulo de Ranvier. Parte inicial rica en canales Na y K dep. de voltaje para generar PA. PA: amplitud 100mV, duración corta 1ms, velocidad 100m/s 4. TERMINALES NERVIOSAS — ramifaciones de axon q al nal tienen botones sinápticos (donde señal eléctrica se transforma en química y se liberan neurotransmisores) 3 tipos de conexiones: Axo-dendriticas Axo-somaticas Axo-axonicas TIPOS NEURONAS: * según n° rami caciones Unipolares — única prolongaciones q sale del soma q actúa como axon y dendritas (invertebr.) Bipolares — 2 prolongaciones (axon y dendrita) Pseudo-unipolares — unica prolongaciones q se divide en 2 (axon y dendrita) Multipolares — varias prolongaciones Motoneurona: 1 axon y varias dendritas con pocas espina dendr. (max 1000 contactos sin.) Cellula piramidales: 1 dendrita apical y 2 basales con muchas espina dendr. + soma triangular Cellula de purkinje: árbol dendrítico extremamente rami cado (150 000 contactos sin.) * según función Neuronas sensoriales — conectan SNC con SNP (axon conecta con medula espinal). Trasmiten info a SNP Motoneuronas — axon inerva musculos Interneuronas (mas abundante) - Locales: conectan neuronas próximas (axon corto y sin mielina) - De proyección: conectan neuronas distantes (axon lagos y con mielina) Neuroendocrinas — liberal hormonas al ujo sanguíneo q actúan sobre dianas alejadas (terminales sinápticas conectan con capilares sanguíneos) * de corteza cerebral Neuronas piramidales (multipolares)—liberan neurotransmisores excitatorios como Glu. Neuronas de candelabro (interneuronas)— liberan neurotransmisores inhibitorios como el GABA. Hacen contacto con ↑ => regulan actividad excitatoria.   fi fi fl fi fi fi fi  2 di 39 PROPRIEDAD ELECTRICAS de NEURONAS En interior de neuronas hay cargas - y en exterior cargas +. En membrana de neuronas hay bomba Na/K q introduce 2K por cada 3Na q salgan. En situación de reposo: canales K abiertos (K sale afuera) y canales Na cerrados. Estímulos pueden abrir canales Na+ indep. de voltaje y si Na+ entra en célula se crea una despolarización. Cuando se alcanza un umbral de carga +, se abren también canales Na dep. de voltaje, generando PA q se propaga de forma constante si hay mielina. CIRCUITO NEURONAL = ≠ tipos de neuronas conectadas de forma especi ca e.g. re ejo de extension de rodilla En parte inferior de pierna hay músculo exor y en parte arriba músculo extensor (cuádriceps). Cuando rodilla está exionada: el exor esta contraído y el extensor relajado. Cuando la rodilla está exionada (reposo) los tendones de mus. extensor son expuestos y cuando se golpean se genera una ligera destención de mus. extensor (cuádriceps). Esa destención es detectada por mecanoreceptores sobre dendritas de neurona sensorial. Esa neurona tiene el soma en ganglio dorsal y axon conectado a médula espinal. La señal detectada por mecanoreceptore abre canales de Ca => entra Ca y se produce despolarización q se difunde de forma pasiva (no constante) en parte des-mielinizada. Cuando encuentra primera vaina de mielina, si el estimulo es bastante fuerte, se abren canales de Na dep. de voltaje generando PA q viaja por soma (en ganglios) y llega a axon en medula espinal donde se libera neurotransmisor Glu q hace sinapsis con dendritas de 2 neuronas. Eso provoca la entrada de Ca y NA en siguientes neuronas (despolarización q viaja hasta primera vaina de mielina y si bastante fuerte genera PA q viaja hasta terminales nerviosas donde se liber AcCh q activa contracción muscular) : - motoneurona q inerva mus. extensor provocando su contracción (movimiento de pierna) - interneurona inhibitoria glicinérgica q transmite señal a motoneurona q inerva mus. exor provocando su relajación => primero hay una señal sensorial q llega a axon y libera Glu. => Glu activa receptores post-sinápticos de dendritas de siguiente neuronas => segundo hay una señal motora q llega a axon y libera AcCh Los circuitos neuronales están regidos por 2 principios: - principio de divergencia — una única neurona sensorial puede sinaptar con varias motoneuronas - principio de convergencia — varias neuronas sensorial pueden sinaptar con una misma motoneurona   fl fl fl fl fl fi fl  3 di 39 CELULAS GLIALES (mas numerosa q neuronas) Microglía Macroglía - astrictos - oligodendrocitos — productores de mielina en SNC - células de Schwann — productores de mielina en SNP ★ASTROCITOS: Protoplasmáticos — en contacto con vaso sanguíneos y interconectado con uniones estrechas. Citosqueleto rico en proteína brilar glial acida (GFAP) Fibrosos — no son en contacto con vaso sanguíneos y no son interconectado. Citosqueleto meno rico en GFAP GFAP se expresa solo en soma y rami caciones mayores. Como GFAP emite uorescencia, los astrictos se ven de forma estrelladas pero no es su verdadera forma. GFP emiten uorescencia en todo el citosol y los astrocitos se ven de forma mas globulosa. Localización: Cada uno cubre una area especi ca del cerebro (no se solapan). Cada uno cubre 10.000 sinapsis. (En humanos hay 4 astrictos cada neurona ? — astricto:neurona = 4:1 ?) Funciones: 1. Durante desarrollo guían neuronas a sus localizaciones nales 2. Proporcionan nutrientes a neuronas 3. Regulan transmisión sináptica sin disparar PA pero solo mantenendo homeostasis del K y de neurotransmisores en el medio extracelular. 4. Acoplan actividad sináptica y el ujo sanguíneo 5. Contribuyen a formación de BBB (barrera hematoencefalica) => producen factores de crecimiento 6. Reparación de un daño 1) La glia radial da soporte para guiar las neuronas hasta su zona nal durante el desarrollo del SNC. El tubo neural (precursor de encéfalo) prolifera mucho durante desarrollo. Al proliferase/ engrosarse, las células gliales poco diferenciadas se disparan a lo largo del tubo de forma radial. En la parte subventricular del tubo hay los nichos neurogenicos = células madres precursoras en constante divison q generan neuroblastos (precursores de neuronas). Los neuroblastos migran a su localización nal gracias a factores tró cos secretados por astroglía radial. En sitio nal los neuroblasts se diferencian a neuronas (axon y dendritas). 2) Los astrocitos secretan moléculas rica en lípidos (colesterol o ApoE) q son captadas por neuronas y permiten síntesis de vesícula sinápticas => astrocitos son necesarios para una actividad sináptica a alta frecuencia y => aumentan PA 3) Los astrocitos modulan actividad sináptica sin generar PA a través de 3 mecanismos: 1. Regulación del tiempo de permanencia del neurotransmisor en la hendidura sináptica Los astrocitos tienen transportadores especí cos para neurotransmisores => pueden rescatarlos del espacio sináptico. e.g. transportadores para Glu y GABA. Si Glu liberado por neuronas, astrocitos puede rescatarlo y dentro de astricto Glu (glutamato) transformado en Gln (glutamina) por GS (glutamina sintetasa). Gln viene transportada a neurona donde es empleada por síntesis de nuevo neurotransmisores.  fl  fl fi fi fl fi fi fi fi fi fi fi  4 di 39 - si Gln captada por neuronas glutamatérgicas (excitadoras), la glutaminasa transforma Gln en Glu q vuele a espacio sináptico por vesículas - si Gln captada por neuronas GABAérgicas (inhibitorias), la glutaminasa transforma Gln en Glu y la Glu descarboxylasa transforma Glu en GABA q vuele a espacio sináptico por vesículas 2. Eliminación de iones fundamentales para la actividad nerviosa, como el K+ Glu y K extracelular deben set retiradas del medio extracellular para q la sinapsis no sea siempre activa. Los astrocitos difunden Glu y K sobra toda la ‘red’ gracias a uniones estrechas para recuperar situación basal en zonas con mas actividad sináptica. Exp. Ratones con KO de proteínas q forman uniones estrechas => [Glu] y [K] no puede ser difundida 3. Secreción de gliotransmisores q modulan actividad sináptica Exp: 2 electrodes en un co-cultivo de neuronas y astrocitos. Se estimula eléctricamente neurona y se recogen los potenciales excitatorios en la otra. Pues estimulo mecánicamente un astrocito y veo q el potencial se ha bajado — pq al estimular astrocito, esta libera Glu q actúa sobre neurona pre-sinaptica, inhibiéndola. Dejo de estimular eléctricamente a una neurona y veo mini potenciales en la otra. Pues estimulo mecánicamente un astrocito y veo q el potencial sube mucho en neurona post-sináptica — pq al estimular astrocito, esta libera Glu q actúa sobre neurona post-sináptica, excitandola. 4) Regulación del ujo sanguíneo en función de la actividad sináptica Los astrocitos protoplasmático tienen un pie en contacto con el vaso sanguíneo y otro con la sinapsis neuronal. Si la sinapsis es fuerte, hay mucho Glu liberado q activa los receptores en el pie del astricto. Ese Glu es transportado en astricto mediante un co-transporte de Na+ => se activa la bomba Na/K para compensare ese exceso de Na+. La bomba Na/K require gasto de ATP obtenido de la glicolisis => cuanto mas fuerte la sinapsis, mas glucosa se necesita. En las arteriolas hay una capa de tejido muscular, mientras q en los capilares solo hay el pericito => la regulación de ujo sanguíneo se produce de manera diferente: Glu activa también receptores q activan una cascada de señales llegando a la activación de PLC q hidroliza PL y produce IP3. IP3 abre los canales de Ca en el RE => Ca entra en astrocitos y llega a su pie donde activa la PLA2 q hidroliza PL y genera AA (Acido Araquidonico) q puede tener 3 ≠ destinos: 1. Sustrato de COX-1 — transformado en PGE2 (prostaglandina E2) q aumenta AMPc en célula muscular produciendo vasodilatación => permite entrada O2 en cerebro. (Aspirina inhibe COX-1 => impide formación de PGE2. Eso pq vasodilatación produce dolores de cabeza) 2. Sustrato de CYP2C11 (citocromo P450211) — transformado en ácido EETs q aumenta Ca en células musculares y activa canales K dep. de Ca tipo C. (Salida de Ca = híper-polarización = vasodilatación) 3. Sustrato de CYP4a (citocromo P4504a) — transformado en acido 20-HETE q inhibe canales K dep. de Ca => re-polarización y vasoconstricción. En las dendritas hay otros elementos post-sinápticos q activan receptores sensibles a Glu (NMDAR o mGluR) produciendo entrada de Ca q activa eNOS. eNOS genera NO q llega a celula muscular y donde tiene 2 funciones: 1. Inhibir CYP4a => inhibe vasoconstricción 2. GC lo transforma en cGMP => produce vasodilatación   fl fl  5 di 39 5) BBB es una barrera sica entre cerebro y plasma/sangre para aislarlo de eso. BBB formada por vasos sanguíneos q nutren el celebro y células endoteliales q delimitan la luz (diámetro) del vaso. Esas células endoteliales tienen uniones estrechas así q todas las moléculas q deben atravesar BBB deben pasar por esas => permiten permeabilidad. Los vasos quedan reducido a una única célula endotelial. Rodeando a celula endoteliale hay el pericito = celula contráctil q actúa como la capa del musculo liso en arterias/arteriolas y q permite regular la luz del vaso. Rodeando a pericito hay una membrana basal sobre la q descansan los pies de los astrocitos protoplasmáticos. => astrocitos no intervienen directamente en BBB pero aportan soporte y factores tró cos: TGF beta bFGF GDNF   fi fi  6 di 39 Experimento para demonstrar la impermeabilidad de BBB (Goldman): Inyectó Trypan Blue (tinte) en sangre y analizando cerebro y liquido cefalorraquídeo vio q el tinte no llegaba a estos. Cuando inyectó tinte en ventrículo (donde hay LCR), llegaba al cerebro pero no a la sangre. Esa impermeabilidad la proporcionan las uniones estrechas de la células endoteliales. 2 tipos de uniones homo licas (entre células adyacentes): 1. Uniones estrechas (tight junctions)— hay 2 proteínas iguales a ambos lados de union (claudina-claudina o ocludina-ocludina) 2. Uniones de adhesion (adherens junction)— hay 2 proteínas ≠ a ambos lados de union (PECAM o VE-caderinas) Todas estas proteínas están conectadas a lamentos de actina a través de proteínas adaptadoras Células endoteliales tienen 2 regiones: Region luminal (hacia vaso sanguíneo) con uniones estrechas Region basal (hacia astrocito) con uniones de adhesion Hay ≠ vias para atravesar la BBB: 1. Via para-celular acuosa — moléculas solubles pasan entre uniones estrechas 2. Via trans-celular lipo lica — moléculas lipidica pasan por difusión pasiva 3. Proteinas de transporte — transportadores especí cos en ambos lados de BBB (e.g. glucosa, a.a., nucleotidos,…) 4. Transcitosis mediada por receptores — receptores especi co en region luminal (e.g. insulina o transferrina) 5. Transcitosis adsortiva —interacciones especi cas entre proteínas cargadas - en BBB y proteína cargada + en sangre.( e.g. albúmina (carga +) se une a hexametildiamina (carga -))   fi fi fi fi fi fi  7 di 39 6) Gracias a sus prolongaciones los astrocitos pueden detectar un cambio y de consecuencia aumentar la síntesis de GFAP => se incrementa rami cación. Se produce un solapamiento de las areas dañada cubierta por el astrocito, generando una barrera física = cicatriz glial. La reactividad de astrocitos se llama gliosis reactiva y: - si daño es moderado, aumenta GFAP pero no hay proliferación - si daño es grave, aumenta GFAP y hay proliferación => cicatriz glial CELULAS MIELINIZANTES: Oligodendrocitos (SNC) y Células de Schwann (SNP) En invertebrados los axones no tienen mielina => PA pierde amplitud. Eso es compensado con diámetro de axon (muy grande - calamar 1mm) pq citoplasma es conductor. En vertebrados los axones tienen mielina => PA no pierde amplitud y diámetro mas pequeño ★OLIGODENDROCITOS: Pueden mielinizar mas de 1 axon o el mismo axon mas de 1 vez. Establecen uniones estrechas con astrocitos. Tienen un citoplasma rico en ribosomes, RER, REL.. => elevada síntesis proteica - oligodendrocitos fasciculares — en la sustancia blanca (donde hay axones) - oligodendrocitos perinucleares/satélites — cerca de los somas Proceso de mielinización: Las células pluripotenciales del tubo neuronal q se diferencian a células precursoras de oligodendrocitos (OPCs). OPCs migran hacia la sustancia blanca donde proliferan, se diferencian y comienzan a mielinizar los axones. Cuando se produce algún daño en la mielinización es fundamental q una nueva OPC migre a esta zona, prolifere y se diferencie. Ante este daño, la propia mielina libera sustancias q activan a la astroglía/microglía/células del SI(linfocitos T) q son dañinas para los oligodendrocitos => se forman placas de des-mielinización. ★CELULAS DE SCHWANN: Pueden mielinizar un pequeño segmente de 1 único axon. Dan vueltas alrededor del axon así q, en cada vuelta, cubren un poco mas del axon. En las zonas de contacto se establecen uniones de hendidura q comunican al axoplasma y citoplasma de las células de Schwann. Estas uniones favorecen el transito de sustancias q se sintetizan (lípidos y proteínas) para mantener estable la mielina en el tiempo. Proceso de mielinización: Las células de Schwann proceden de los precursores de la cresta neural q migran y se diferencian en las células de Schwann no diferenciadas (SLIs = precursores). La neurogulina-1 (NRG1) es critica en mielinización de axones con diámetro grande (>1um). La isoforma NRG1 tipo III interacciona con el receptor del factor tró co epidérmico (ErbB2/ErbB3) activando una cascada de señales q llega a diferenciar las células de Schwann. En axones de diámetro < 1um la cantidad de isoforma es mucho más baja => la interacción con receptores es menor => las células de Schwann q rodean axones pequeños no se diferencian.  fi  fi  8 di 39 CAPACIDAD DE REGENERACION DE LESIONES: Las regeneración axonal es mas fácil en SNP pq: SNP: las células de Schwann tienes una fase mitotica mas activa y son mas resistentes al daño. Tienen la capacidad de fagocitar la mielina dañada (mielinofagia) => evitan la in amación y la presencia de factores inhibitorios. Son productores de factores tró cos como BDNF y GDNF. SNC: los oligodendrocitos tienen una capacidad mitotica muy reducida y son muy vulnerables. No pueden fagocitar la mielina dañada => se genera in amación y se requieren factores inhibitorios del crecimiento axonal. COMPOSICION DE LA MIELINA: (muy similar a membrana plasmatica) 70-85% PL (colesterol, glicerolipidos,…) 15-30% proteinas: - MBP = proteina basica de mielina — SNC y SNP — proteina citoplasmática con carga + q se une a PL con carga - para evitar el empaquetamiento excesivo de vainas de mielina. - Proteína P2 — SNP — “ “ “ (proteína citoplasmática con carga + q se une a PL …) - Proteína P0 — SNP — proteína integral de membrana, con un dominio intracelular cargado + y otro extracellular q permite interacción de monomeros de P0 entre sí. Ambos dominio evitan el empaquetamiento excesivo. - PLP = proteína proteolipido — SNC — proteína integral de membrana, con un dominio transmembrana y otro extracelular q impide empaquetamiento excesivo. Mutaciones en esas proteínas producen alteraciones en la mielinización. Una mutación común es una depleción => se eliminan 5 de los 6 expones del gen q codi ca por MBP y eso produce una mielinización solo del 10% (ratones tembladores “shiverer” q viven solo 100 días). Si se inyecta en ratones el gen sin mutación se recupera el 20% de mielinización. MICROGLÍA Constituye el sistema inmune del cerebro (10% del SN). No tienen origen neural pero proceden de las células pluripotenciales del saco vitelino!!. La mayor tasa de proliferación (y => de muerte celular) es durante el desarrollo embryonal. La reactividad de la microglia es muy elevada al inicio, disminuye durante la etapa adulta y vuelve a aumentar al alcanzar la vejez. Estado de reposo — En ausencia de daño, las células de la microglia son pequeñas y estrelladas con prolongaciones hacia zonas con mucho receptores para pensar alteraciones en parénquima cerebral. Activación transitoria (pequeña lesion local)— las células de la microglia sensan los pequeños cambios homeostáticos y migran hacia la zona dañada donde secretan factores tró cos para limitar el daño y restablecer la homeostasis. (Los astrocitos guían la microglia a la zona dañada secretando factores quimioatrayentes) Activación radical (lesion grave)— las células de la microglia tienen forma ameboid (cambio conformacional) y sintetizan moléculas pro-in amatorias q son dañinas para las neuronas. Si este estado se prolonga en el tiempo compromete la funcionalidad del SN => esta microgliosis reactiva es presente en todas las ENDs.   fl fl fi fi fl fi  9 di 39 PATOLOGÍAS ASOCIADAS A DESMIELINACIÓN: ***ESCLEROSIS MULTIPLE (mayores en mujeres entre 30-40 anos) Origen autoimmune, in amación y des-mielinización del SNC Formas de enfermedad: Progresión continuada de recaídas y remisiones (20% — mas leve) —> entre los ataques no se produce un acumulo de discapacidad. Acumulación de discapacidad (70%) - recaída-remisión — el grado de discapacidad (=> de des-mielinización) aumenta con cada ataque pero siempre hay un periodo en el q el paciente se mantiene estable. (Progresa de forma de escalera). Durante el ataque se desmielinan los axones, mientras q durante la remisión los axones se re-mielinizan. - recaída-remisión y posterior acumulación de discapacidad sin ataque Perdida de capacidades sin ataques (10% — mas grave) — la acumulación de discapacidad es acumulada en el tiempo Fisiopatología — linfocitos T y macrofagos se in ltran y atraviesan la BBB, atacando la mielina. Se liberan citoquinas pro-in amatorias y se activa la microglia => se produce degeneración axonal. Sintomalogía — fatiga , debilidad muscular , descoordinación de movimientos , disartria (problemas de habla), disfagia Etiología — no se conoce exactamente pero existen factores condicionantes: Factores ambientales — mayor incidencia en climas cálidos Factores genéticos — mayor incidencia en algunas razas (raza blanca caucásica) Diagnostico Examen neurologico RMN (se observan placas blanca de mielinización en encéfalo) Conducción de impulso nervioso (se detecta disminución en velocidad de transmission poniendo electrodos en los pies y detectando transmission de impulso en cerebro) Análisis del liquido cefalorraquídeo (se observa in ltración de anticuerpos, macrofagos, linfocitos..) Tratamiento - En paciente con recaída-remisión se administra IFN-beta - Para limitar in amación se administra natalizumab = anticuerpos monoclonal q bloquean entrada de linfocitos T en SNC - Glatiramer evita extravasación de linfocitos T evitando ataque a las vainas de mielina   fl fl fl fi fi  10 di 39 ***SINDROME DE GULLIAN-BARRE Origen autoimmune, in amación y des-mielinización del SNP enfermedad auto-inmune producida por una in amación previa en la q se desarrollan anticuerpos frente a los gangliosidos de mielina. AIDP = forma mas frecuente de enfermedad (90%) Fisiopatología — linfocitos T y anticuerpos IgG se in ltran en SNP frente a los gangliosidos de mielina (GM1), cerca del nódulo de Ranvier. Esta zona es rica de canales Na, cuya e cacia disminuye por el ataque de anticuerpos IgG => se produce degeneración axonal. Sintomalogía — neurópata aguda = acidez y debilidad muscular de partes inferiores primero y superiores después (hasta parálisis) Tratamiento - Terapia inmune-moduladora —se eliminan anticuerpos IgG => canales Na funcionales => velocidad de impulso nervioso se restablece pero NO hay re-mielinización axonal ! - Plasmaféresis — se limpia la sangre para disminuir anticuerpos IgG y se re-inyecta en paciente. ***CMT (CHARCOT MARIE TOOTH) Origen genético y des-mielinización del SNP Neuropatía hereditaria (genética autosómica dominate) q se produce por la duplicación del gen q codi ca para la PMP22 (proteína de mielina periférica) en cromosoma 17. El aumento de PMP22 se acumula en el RE, donde forma agregados ubiquitinados intracelulares (pq el organismo la reconoce come extraña y la ubiquitina para intentar degradarla). Fisiopatología — la perdida de mielina da lugar a ‘bulbos de cebolla’ = axones grandes des- mielinizados y rodeados de células de Schwann des-diferenciadas => reducción de velocidad de impulso nervioso en SNP. Sintomalogía — debilidad muscular mas en partes inferiores q superiores , deformación de piel (En ratones con duplicación de PMP22 se observa un de cit en capacidad de agarre) ***PMD (PELIZAEUS-MERZABACHER DISEASE) Origen genético y des-mielinización del SNC Neuropatía hereditaria q se produce por la duplicación del gen q codi ca para la PLP1 en cromosoma X => se mani esta sobretodo en hombres. Fisiopatología — se produce la perdida de oligodendrocitos y la des-mielinización o hipo- mielinización de axones Sintomalogía — espasticidad = rigidez , ataxia = falta de coordinación , hipotonía muscular , temblores , nistagmo = movimiento involuntario de ojos Etiología molecular — el splicing alternativo del gen PLP1 da lugar a PLP1 + una proteína de menor tamaño DM20 q falta de un loop intracelular. La mutación puede afectar ≠ regiones de la proteína PLP1: Duplicación del material genético — el exceso de PLP1 es tóxico para oligodendrocitos (síntomas moderados) Mutaciones puntuales — (síntomas moderadamente grave) Mutaciones missense — se altera estructura 3-dimensional de PLP1 => PLP1 es retenida en RE y los oligodendrocitos mueren (forma mas severa) Otras mutaciones puntuales — perdida de funcionalidad de PLP1 (forma menos severa)  fi fi  fi fl fi fl fl fi fi  11 di 39 EAE (ENCEFALITIS ALERGICA EXPERIMENTAL) Son modelos de enfermedades desmielinizantes en SNC para patologías como la esclerosis multiple y otras enfermedades autoinmunes mediadas por linfocitos T. Se introduce enfermedad en raton a partir de un extracto de medula espinal/medula osea/ proteínas de mielina… (sustancias reconocida como extraña => causan generación de anticuerpos) Sintomalogía — parálisis en cola , perdida tono muscular , perdida sensorial , ataxia , espasmos Los síntomas se detectan a las 2 semanas, con periodos de recaída-remisión muy similares a los de la esclerosis multiple. Tratamiento FTY720 ( ngolimod)— es un compuesto inmunosupresor análogo de la es ngosina (SP) q es reconocido y fosforilado por la SP quinasa. Cuando FTY720 esta fosforilado, es reconocido por receptores de la SP-P de forma q compite con la SP por su union a ellos. La union de SP-P es esencial para proliferación, diferenciación y transito de linfocitos => la union de FTY720 produce una linfopenia ( = linfocitos retenidos en ganglios linfáticos) => se evita in ltración de linfocitos en el foco de in amación y se evita la in amación y la respuesta inmune. Eso pq los linfocitos no expresan SP en su membrana => no pueden extravasar => son retenidos. Esto mejora la sintomalogía en ratones EAE.   fi fi fl fi fl  12 di 39 TEMA 2: síntesis y distribución de proteínas neurales Síntesis proteica en neuronas se realiza en el soma, en los cuerpos de Nissl. Estos cuerpos se encuentran también en dendritas => síntesis proteica también en dendritas. En axones se creía no haber síntesis proteico pero se descubrió un mRNA axonal (síntesis muy limitada de proteínas — proteínas implicada en complejo SNARE q regulan exocitosis de neurotransmisores). 25% de proteínas sintetizadas en soma están implicadas en citosqueleto neural q presenta ≠ funciones: - soporte - exibilidad/plasticidad - regula tra co intracelular de proteínas - permite establecer contactos sinápticos especí cos El citosqueleto esta compuesto por: - micro lamentos (4-6 nm diametro) - lamentos intermedios (10 nm) — mas abundantes - microtubulos (24 nm) MICROFILAMENTOS: Formados por polímeros de actina q se encuentran en células gliales y neuronas. Son muy dinámicos y se localizan en sitios de crecimiento de neuronas. => participan en crecimiento y transporte axonal. Polimerización de actina: Existen 3 isotermas de actina: alpha (en musculo), beta y gamma (en cerebro). El monomero de actina tiene 4 dominios y una hendidura a la q se une ATP. La polimerización es favorecida cuando hay un lamento per-formado q actúa como base sobre la q polemizar el resto de actina libre (llamada G-actina). Cuando se une una molécula de G-actina se produce hidrolisis de ATP —> ADP. La actina polimerizada se llama F-actina. Los micro lamentos están polimerizados = tienen extremo + (actina-ATP) y otro - (actina-ADP). La polimerización de actina depende de concentración critica de crecimiento (CC): - si [actina] > 0.8 uM (CC(-))—> crecimiento por extremo - - si [actina] < 0.1 uM (CC(+))—> crecimiento por extremo + Dado q a nivel siólogo la [actina] es intermedias entre las CC, el micro lamento generalmente crece por extremo + y des-polimeriza por extremo -. Sin embrago, hay algunas proteínas q pueden modi car esa dinámica: si falodina se une a extremo - —> se evita despolimerización si citocalasina D se une a extremo + —> se favorece despolimerización si sinapsina (dentro de vesículas sinápticas) interacciona con actina —> se favorece rami cación y entrecruzamiento. El entramado impide el transito de vesículas así q se conservan en terminales sinápticas. Si sinapsina es fosforilada no interacciona con actina => permite restablecer el transito de vesículas.  fl fi fi  fi fi fi fi fi fi fi fi  13 di 39 Estructura axon: Los anillos de actina sostienen los microtubulos en axon y permiten el transporte hasta terminales nerviosas. Los anillos están separados por dímeros de alpha/beta espectrina. La aducina se une a anillos y interacciona con neuro lamentos y micro lamento de activa y también con espectrina. En el segmento inicial de axon los microtubulos son compactos para permitir acumulación de canales NA dep. se voltaje. Estructura espinas dendriticas: 3 zonas (en todas hay micro lamentos de actina): 1. Base — donde se ancla la espina 2. Cuello — micro lamentos son largos y poco rami cados 3. Cabeza — forma globular y voluminosa => micro lamentos son cortos y muy rami cados. Es la parte de super cie post-sináptica. 4 tipos: 1. De tipo lopodio — sin cabeza, delgadas y inmaduras 2. Finas — cabeza pequena 3. Achaparradas — voluminosa y sin cuello 4. De tipo seta — cuello de nido y cabeza globular Los micro lamento de actina sirven como soporte para ≠ proteínas como la PSD q se une a esos y recluta receptores post-sinápticos mediante dominio PDZ. La polimerización de actina favorece la transmisión sináptica pq permite aumentar la super cie de la cabeza => se expresan mas receptores post-sinápticos. La des-polimerización disminuye la transmisión sináptica. 2 tipos de señales: LTP (long term potentiation) — señales q inducen polimerización y => aumento de sinapsis (espinas de tipo seta) LTD (long term depression) — señales q inducen des-polimerización => reducción de transmisión sináptica (espinas nas) SINDROME DEL CROMOSOMA X FRAGIL Se produce un aumento de espinas de tipo lopodio q disminuye la e cacia de sinapsis Síntomas: de cit cognitivo , retraso mental , falta de atención , ansiedad , hiperactividad La enfermedad se debe a una mutación q produce perdida de funcionalidad de FMRP = factor de transcripción q reprime síntesis proteica y aumenta expression de espinas nas. En situación siológica — cuando se activan receptor mGluR hay un aumento de síntesis proteica q es controlada por FMRP (represor). Este aumento induce una señal LTD => diminución transmisión sináptica En situación patológica — la ausencia de FMRP no reprime síntesis => la señal LTD es mucho mayor y la transmisión sináptica disminuye mas.  fi  fi fi fi fi fi fi fi fi fi fi fi fi fi fi fi fi fi  14 di 39 FILAMENTOS INTERMEDIOS: Mas abundante en axon q dendritas y son muy estable => solo se despolarizan en condiciones extremas (e.g. ante presencia de urea). - lamentos tipo VI — precursores neuronales (principal proteina q lo constituye es la nestina) - lamentos tipo III — neuronas inmaduras/neuroblastos (principal proteina es la vimentina) - lamentos tipo IV/neuro lamentos — neuronas maduras. Pueden ser de alto (NF-H) de medio (NF-M) o de bajo (NF-L) peso molecular. Ensamblaje de lamentos intermedios: En monomero hay 2 dominios alpha-helices. 2 monomeros interaccionan formando un dímero paralelo (N- y C- terminales en mismo sentido). 2 dímeros paralelo interaccionan formando un tetrámero antiparalelo (≠ sentidos). Los tetrámero interaccionan cabeza-cola formando los proto lamentos. La asociación lateral de proto lamentos da lugar a lamentos intermedios. Los C-terminales tienen residuos susceptibles a fosforilación por PKA y PKC q con ere protección frente a la acción de las proteasas calpaínas. En neuro lamentos NF-H y NF-M hay mucho de estos residuos => alta carga - => repulsion. Las repulsiones regulan el diametro del lamento. MICROTUBULOS: Mas abundante en axon q dendritas y son formados por dímeros de alpha y beta tubulina. Ambas isoforma tienen sitios de union a GTP, pero solo beta-tub puede hidrolizarlo a GDP. Ensamblaje de microtubulos: Dímeros de alpha y beta tubulina interaccionan cabeza-cola y forman proto lamentos. La asociación de 13 proto lamentos crea 1 microtubulo. Los microtubulos están polimerizados: Extremo + (hacia extremo distal (lejos) del soma)— beta-tub unida a GTP Extremo - (hacia extremo proximal (cerca) del soma)— beta-tub unida a GDP Dinamica de microtubulos: Su estabilidad depende de la temperatura (si T↑, des-polimerización), y se polimerizan por un extremo u otro en función de CC de tub: Si [tub] > CC(-) — polimerización por ambos extremos Si [tub] < CC(+) — des-polimerización por ambos extremos Si CC(+) < [tub] < CC(-) (CC entremedias) — polimerización por extremo + y des-polimerización por extremo - Algunas proteínas pueden regular esa dinámica: Proteínas estabilizadoras — taxanos se une a extremo - y favorece GDP—>GTP, evitando des- polimerización y favoreciendo polimerización de extremo Proteínas desestabilizadoras — vinca se une a centro activo de beta-tub en extremo - y evita hidrolisis de GTP => impide polimerización (impide union de un nuevo dímero) — colchicina se une a interfase entre alpha y beta-tub y impide polimerización (pq bloquea anafase) Modi caciones post-traduccionales de tubulina Tirosinación/des-tirosinación —cuando dímeros se unen, una carboxipeptidasa elimina un Tyr, mientras q al des-polimerizarse una Tyr ligasa incorpora un Tyr (En microtubulos muy estable, la carboxipeptidasa elimina también un Glu, generando delta2-tub) Acetilación — sobre Lys40 de alpha-tub (aporta carga - q favorece interacción con dineinas) Ocurre solo en microtubulos mas maduro => sin Tyr Fosforilación — en C-terminal de beta-tub (con ere carga -)  fi fi fi fi  fi fi fi fi fi fi fi fi fi fi fi  15 di 39 Estructura de citosqueleto en cono de crecimiento (donde crece axon): 1. La region mas externa esta formada de micro lamentos de actina (muy dinámicos) 2. Justo debajo hay microtubulos tirosinados => no maduros/polimerizados (para soporte) 3. En zona axonal hay microtubulos des-tirosinados y acetilados (interaccionan con MAPs) MAPs (Proteinas asociadas a microtubulos): Tienen dominios de union a microtubulos cargados + para interaccionar con microtubulos fosforilados y acetilados (carga -). Sus funciones son: estabilización y des-ensamblaje de microtubulos , transporte de proteínas , determinar grosor/diámetro de axones y dendritas Proteina TAU: En humanos hay 6 isoformas según el splicing alternativo de los 14 exones del gen. todas estas tienen mínimo 3 dominios de union a microtubulos y las q tienen exon 10 presentan 4 dominios. Funciones: Estabilización a través de union a interfase de alpha y beta tubulina (esto impide union de Tau) Regulación de transporte axonal competiendo con dineinas y quinesinas Estructura: —proteina bipolar Dominio N-terminal rico en a.a. ácidos Dominio C-terminal rico en a.a. basicos Region central rica en Pro Fosforilación: Tau tiene 85 residuos q pueden ser fosforilados por varias quinasas (PKA, CAMKII, GSK3). PP2A es una fosfatasa => des-fosforila. Taupatias := todas las enfermedades debidas a híper-fosforilación de Tau (e.g. Alzheimer) La fosforilación disminuye interacción de Tau con microtubulos: - Durante el desarrollo Tau es muy fosforilada para evitar interacción con microtubulos y favorecer sus polimerización - En adultos Tau es meno fosforilada para interaccionar con microtubulos, estableciéndolos - En situación patológica, Tau es híper-fosforilada — forma lamentos helicoidales q generan los ovillos neuro brales (tangles) q son estimulantes por la formación del beta-amiloide q es uno de lo principal elemento patógeno en Alzheimer. Tau extracelular: El aumento de actividad neuronal aumenta la [Tau]e. Tau es liberado a espacio extracelular a través de: - membrana plasmatica (transporte directa) - lisosomas secretores, exosomas, vesicular sinápticas - degradación de tangles ghost !! Tau extracelular debe ser eliminado via fagocitosis por la microglia. El problema es q es bastante estable => el proceso es muy lento. Presencia de Tau extracelular es asociada a ENDs y hay 2 teorías q explican los mecanismos de propagación de Tau extracelular: Teoría prionica — Tau híper-fosforilada actúa cómo un prion (proteína mal plegada capaz de transmitir su forma mal plegada a otras proteínas). Al inocular un extracto de cerebro enriquecido con Tau humano híper-fosforilada en un raton sano, a los meses aumentaba la presencia de Tau Murino. => Tau humano y Murino interaccionaban Teoría muscarinica — Tau híper-fosforilada interacciona con receptores muscarinicos produciendo su activación => entra Ca pero esa entrada no desensibiliza la membrana => se pierde homeostasis de Ca. (Tau monomerico mobiliza mas Ca de Tau polimerizado => Tau monomerico mas toxico) La actividad muscarinica subyacía a actividad de la fosfatasa alcalina (TNAP) q defosforila Tau (es el Tau des-fosforilado q activa a receptores). Actividad de TNAP↑↑ en periodo inicial de demencia (Alzheimer), después la actividad baja   fi fi fi  16 di 39 Transporte axonal: Microtubulos transportan proteinas sintetizada en soma a lo largo del axon. 1. Ensayo caza-pulso — se administran a.a. radioactivos en ganglios dorsales (donde hay soma de neuronas sensoriales) y pues se extraen los axones de los animales para analizarlos. Mediante electroforesis se separan las proteinas y se identi can aquellas q han incorporado los a.a. radioactivos. - A tiempo corto, las proteínas se encuentran en regiones proximales de soma - A tiempo largo, las proteínas se encuentran en regiones abónales (distales de soma) => proteínas sintetizadas en soma llegan a axon gracias a microtubulos con velocidades ≠ 2. Videomicroscopía — permite seguir en el tiempo el movimiento de proteínas marcadas uorescentemente. Se detecta un transporte anterógrado (soma —> terminales nerviosas) y retrogrado (terminales nerviosas —> soma) de esas proteínas. También se ha observado transporte soma —> dendritas. 3. Transporte in vitro — se vio q el transporte axon es dependiente de ATP, empleando inhibidos metabólicos q bloquean la síntesis de ATP (cianuro y dinitrofenol). Ademas se vio q es fundamental también la hidrolisis de ATP pq introduciendo análogo de ATP no hidrolizables no había transporte. Ademas, al introducir solo ATP (hidrolizable) tampoco había transporte, pero sí al añadir el axoplasma => componentes del citoplasma de axon son esenciales para el transporte. De esta forma se identi caron quinesinas y dineinas q median el transporte axonal. Dineinas — median transporte retrogrado (hacia polo - de microtubulos => hacia soma) Median el transporte de: Endosomas — los factores tró cos secretado por célula diana interaccionan con receptores y son endocitados (incorporados). Mediante transporte retrogrado, el endosoma llega al soma donde los factores regulan la traducción y síntesis de proteínas Autofagosomas — las proteínas mal plegadas son encapsuladas en autofagosomas y transportada hacia los lisosomas por transporte retrogrado, donde son degradadas. Las dineinas están formadas por: - 2 cadenas pesadas q constituyen dominios globulares (motores) - 3 cadenas intermedias - 4 cadenas ligeras ((donde hay sitos de reconocimiento de vesícula de transporte)  fl  fi fi fi  17 di 39 Quinesinas — median transporte anterógrado (hacia polo + de microtubulos => hacia term.nerv.) Las quinesinas están formadas por: - 2 cadenas pesadas q originan 2 dominios globulares (motores) en los q se hidroliza ATP Según donde se localizan estos 2 dominios hay 3 tipos de quinesinas: 1. N-quinesinas — en el extremo N-terminal 2. M-quinesinas — en el centro 3. C-quinesinas — en el extremo C-terminal - 2 cadenas ligeras entrelazadas (donde hay sitos de reconocimiento de vesícula de transporte) La velocidad del movimiento depende de [ATP]. En cada paso la quinesina avanza 8 nm. Las quinesinas se mueven gracias a hidrolisis de ATP q con ere un cambio conformacional Para demonstrar q las quinesinas median el transporte anterógrado se jan las cadenas ligeras a una super cie de cristal y se marcan los microtubulos con uorescencia. Se observó q los microtubulos se movían de polo + —> polo - => la quinesina se mueve de polo - —> polo + Quinesina 1A — media el transporte anterógrado de vesículas sinápticas hasta la terminal nerviosa. Exp: en ratones KO de quinesina 1A se observa q las vesículas quedan retenidas en soma Quinesina 1B — media el transporte anterógrado de mitocondrias Quinesina C2 — media el transporte anterógrado de dendritas El transporte soma —> axon es mediado por microtubulos => quinesinas El transporte axon —> membrana pre-sinaptica es mediado por micro lamentos de actina => miosina La velocidad de transporte depende de origen de proteínas: - Proteinas encapsulada en AG se transportan rapido (40 cm/dia) - Proteinas de mitocondria (5 cm/dia) - Proteinas de citosqueleto neuronal mas lentas (1 mm/dia) En las ENDs no se han observado mutaciones en estas proteínas pero cuando estas son inhibidas de forma farmacológica, sí q se produce degeneración.   fi fl fi fi fi  18 di 39 TEMA 3: desarrollo del sistema nervioso Durante el desarrollo se deben formar todas las células y conexiones q constituyen el SN 1. Formación de células precursoras pluripotenciales —> Estas dan lugar a los ≠ linajes celulares del SN (excepto microglia — procede de saco vitelino). Primero se forman las neuronas y pues la celular gliales y esto permite a neuronas establecer conexiones mas fácilmente dado q no hay la glia q inter ere. => Durante la NEUROGENESIS se produce la repression de genes glicogénicos => Durante la GLIOGENESIS se produce la repression de genes neurogénicos 2. Migración y diferenciación celular —> Desde los nichos neurogenicos las neuronas migran a localización nal, empezando a diferenciarse 3. Diferenciación completa —> En localización nal, las neuronas extended axones y dendritas y estables conexiones con otra neuronas 4. Sinaptogénesis (formación de sinapsis) —> Los axones son guiados por factores quimioatrayentes/repulsores hasta célula diana, fórmanos sinapsis especi cas 5. Modi cación de conexiones —> Los circuitos con mayor actividad sináptica son reforzados y se eliminan aquellos con conexiones menos funcionales El desarrollo del SN esta controlado por: Factores genéticos — activación de genes q producen la diferenciación de linajes Factores epigenéticos — conjunto de factores externo q modi can al genoma y regulan expression de los genes Señales intrínsecas y extrínsecas La expression de FTs (factores de transcripción) esta controlada por 2 tipos de señales: Señales intrínsecas (proceden de la propia célula)—> producen un modelo invariable de divisiones celulares (producen linajes especí cos) e.g. el SNC del C.Elegans es constituido siempre por 302 neuronas y 56 células gliales, eso pq el desarrollo de SNC del C.Elegans esta regido exclusivamente por señales intrínsecas. Señales extrínsecas (se deben a interacciones con otra células) —> afectan al modelo de division y al tipo celular q dan lugar las células pluripotenciales (no producen linajes especí cos) e.g. los omatidos (ojos) de Drosophila están formado por 20 células (12 astrogliales y 8 fotoreceptoras). El modelo de division de los fotoreceptores es siempre lo mismo: las primera 7 requieren señales intrínsecas y la diferenciación del fotoreceptor n° 7 depende de señales extrínsecas generadas por fotoreceptor n° 8. En ausencia de este señal la célula se diferencia a astroglía. Eso se ha comprobado utilizando mutantes de los genes q codi can para el receptor TyrK (seven-) y el factor de crecimiento epidérmico EGF q es el ligando del receptor (boss-). En ambos casos la célula se diferencia a astroglía. Pero al activar la via de señalización Ras en los mutantes se restauró la diferenciación a fotoreceptor.  fi  fi fi fi fi fi fi fi fi  19 di 39 Desarrollo del SN en mamíferos (cresta cerebral) En los estadios iníciales, los precursores se dividen de forma simétrica en la zona subventricular y después comienzan a dividirse de forma asimétrica. La primera división asimétrica da lugar a 1 precursor pluripotencial y 1 precursor neural (neuroblasto en el q se activan genes neurogénicos y se reprimen genes glicogénicos => empiezan a formarse neuronas). Las neuronas liberan cardiotro na-1 q junto a otras señales glicogénicas se unen a receptor LIF q dimeriza con receptor gp130. Eso activa la cascada de señalización Jak/STAT: Las quinasas Janus fosforilan y activan a los FT STAT q inducen el silenciamento de genes neurogénicos y la activación de genes glicogénicos. En una segunda division asimétrica se generan: 1 célula glial con alta tasa proliferativa — genera glia radial q guía los neuroblastos en posición nal. Al avanzar del desarrollo esa célula glial se transforma en células pluripotenciales intermedias (IPCs) q se diferencian en astrictos y neuronas 1 celula neural La formación de ≠ capas cerebrales depende de la glia radial: En la capa más externa hay las neuronas de Cajal-Retzius = células q liberan reelina, la cual interacciona con receptor TyrK y produce señales q regulan la migración neuronal. Las capas se forman desde la mas profunda (6) hasta la más externa (1 - donde hay neuronas de Cajal-Retzius). La capacidad de neuronas de situarse en ≠ capas cambia con el desarrollo, dado q las neuronas de la capa externa son mucho mas diferenciadas q las de las capas internas. Capa 6 = primera a formarse, capa 1 = ultima a formarse Al introducir una neurona de capa 6 (donante en primera etapa) en un aceptor en tercera etapa (tiene hasta capa 3), la neurona de la capa 6 puede integrarse perfectamente en la corteza del aceptor pq señales extrínsecas la atraen a la capa interna. Por el contrario, al introducir una neurona de capa 3 (donante en tercera etapa) en un aceptor en primera etapa (tiene solo capa 6), la neurona de la capa 3 NO puede migrar a la capa externa pq debe esperar q se expresen las señales de la capa 3 para integrarse. El cigoto (zigote) da lugar a la blástula a partir de la cual se forman las 3 capas embrionarias. El ectodermo (capa mas extrema q rodea el embrion) se pliega y forma el tubo neural q genera todas células del SN (excepto microglia). En la parte superior del tubo neural hay la cresta neural. Las células pluripotenciales pueden migrar hacia una capa u otra de la cresta neural en función de las señales q reciben: Si migran hacia capas mas externas dan lugar a células pigmentadas de la piel Si migran hacia capas mas internas de las somitas (precursoras de células q se forman durante el desarrollo embrionario) dan lugar a neuronas sensoriales de los ganglios de la raíz dorsal y neuronas de los ganglios simpáticos Si migran hacia capas mas internas del embrion dan lugar a células de la medula adrenal Se ha observado q al cambiar posición de una célula de una región mas profunda a otra, esa tendrá el fenotipo de esa nueva posición => diferenciación depende de señales de entorno Ademas la supervivencia de neuronas depende de señales de entorno secretados por la diana. Estas señales son los FACTORES NEUROTRÓFICOS.  fi  fi  20 di 39 La diferenciación de células precursoras de células adrenal y neuronas de ganglios simpáticos depende de factores neurotro cos secretado por las dianas: FGF (factor de crecimiento de broblastos) y NGF (factor de crecimiento nervioso) —> diferenciación a neuronas de ganglios simpáticos q acumulan noradrenalina en vesículas electrodensas. - En presencia de LIF (factor inhibido de leucemia) y CNTF (factor neurotro co ciliar) —> diferenciación a neuronas de ganglios simpáticos q acumulan acetilcolina en vesículas translucidas. Glucocorticoides (producido por broblastos) — > diferenciación a células de la medula adrenal q acumulan adrenalina. Supervivencia de motoneuronas: Detwiler y Hamburger observaron q de todas las motoneuronas formadas durante el desarrollo, solo el 50% inervaban nalmente el músculo. => había una perdida del 50% de motoneuronas. Eso depende de donde se encuentran las motoneuronas: Exp. embrion de pollo — al extraer uno de los brotes de extremidad solo el 10% de las motoneuronas sobrevivian, mientras q al implantar un brote adicional se producía un incremento del 75% de supervivencia.   fi fi fi fi fi  21 di 39 FACTOR NEUROTROFICO: La teoría (de Levi-Montalcini y Hamburger) propone q las dianas secretan factores neurotro cos q promueven la supervivencia de las neuronas en contacto con ellas. Durante el desarrollo se genera un exceso de neuronas para asegurara q todas las dianas están inervadas. Después se debe eliminar ese exceso mediante un mecanismo retro-negativo = PCD (muerte celular programada). Eso es posible pq la cantidad de factores neurotro cos secretados es reducida así q las neuronas q no incorporan el factor van a morir con PCD. PCD (Muerte Celular Programada): NECROSIS — proceso desencadenado por factores extrínsecos a la célula, debido a in amación APOPTOSIS — proceso desencadenado por expression de genes pro-apoptoticos, debido a la ausencia de señales de supervivencia Durante el desarrollo, la apoptosis en neuronas se activa en ausencia del factor tro cos q promueve su supervivencia. Bax se transloca a la membrana externa de mitocondria, donde forma poros a traves de los q se produce la salida de sustancias pro-apoptoticas: Citocromo C —> Apaf-1 —> capasa 9 —> capasa 3 —| ICAD —| CADs (degradan DNA nuclear) —————> CADs Smac —| IAP —| capasa 9 —> capasa 3 ————> capasa 9 —> capasa 3 (Para q se active capasa 3 se necesita la salida tanto de CitC como de Smac) AIF q produce un efecto tóxico independiente de capasas q daña el núcleo La degradación nuclear/celular lleva a la muerte celular y a la fagocitosis (por macrofagos). Para q la apoptosis no sea siempre activa Bcl2 —| sustancias pro-apoptoticas Bax —| Bcl2 => en presenzia de Bax, Bcl2 es inhibida y viceversa.  fl  fi fi fi  22 di 39 NGF: FACTOR DE CRECIMIENTO NERVIOSO Proteína de 120 a.a. formada por 6 laminas-beta anti-paralelas. La forma activa es un dímero en el q los monomeros se unen cabeza-cabeza. Se observo q la presencia de tejido tumoral promovía la supervivencia neuronal. Al añadir una fosfodiesterasa (aislada de veneno de serpiente) había un aumento de supervivencia neural. El mismo resultado se obtuve con las glándulas salivares de ratones macho. Así fue posible aislar el NGF, q tiene un efecto mayor en neuronas de los ganglios simpáticos y sensoriales del SNP. Se descubrieron otros factores neurotro cos como el BDNF, TGF-beta, citoquinas neurotro cas. (NGF y BDNF son proteinas de la familia de las NEUROTROFINAS). NGF actua sobre 2 receptores: 1. TrkA — receptor Tyr quinasa con dominios extracelulares ricos en Leu y Cys y un dominio intracelular tipo Ig. Puede dimerizar con si mismo o con p75. !!! Altísima a nidad por NGF, pero baja expression 2. p75 — receptor sin actividad Tyr quinasa con dominios extracelulares ricos en Cys. Puede dimerizar con otros receptores (co-receptores) !!! Baja a nidad por NGF, pero alta expression p75 recluta NGF cerca de TrkA => p75 aumenta la interacción de TrkA con NGF p75 puede hetero-dimerizar con: Receptores Trk (ligándoos = NGF, BDNF) —> inducen señales de supervivencia/crecimiento/diferenciación.. Receptores sortilin (ligándoos = pro-neurotro nas = precursores de neurotro nas) —> inducen apoptosis Receptores de LINGO-1 (ligándoos = proteínas de mielina = Nogo, MAG, MOG) —> regulan crecimiento axonal y activación del SI Señalización de TrkA Las neurotro nas interaccionan con receptor TrkA y producen su hetero-dimerización y auto- fosforilación. Las tirosinas fosforiladas (Tyr-P) reclutan ≠ proteínas q activan 3 cascadas: 1. Activación de la ruta MAPK q llega a activar ERK —> RSK —> CREB q llega a núcleo y activa transcripción de genes q inducen supervivencia celular. 2. Activación de la PLC-gamma 3. Activación de la PI3K q llega a activar AKT —> NF-kB q llega a núcleo y activa transcripción de genes q inducen supervivencia celular. Señalización de p75 El receptor p75 es más afín por las pro-neurotro nas pero puede ser activado también por neurotro nas. Cuando pro-neurotro nas - p75 se reclutan proteínas q activan Junk —> Bad —| Bcl2 —> llega a mitocondria y permite la salida de CitC => apoptosis Cuando neurotro na TRAF8 - p75 —> NF-kB => supervivencia. Esto ocurre pq la célula diana libera tantas neurotro nas como pro-neurotro nas => hay la activación paralela de los receptores p75 y receptores TrkA. Estas vías tienen un cross-talk así q los receptores TrkA inhiben la ación de receptores p75 pq AKT —| Bad —| Junk En situación de daño neuronal se incrementa la secreción de pro- neurotro nas => via de p75 se ve potenciada en frente a la de TrkA.   fi fi fi fi fi fi fi fi fi fi fi fi fi fi  23 di 39 Señalización de NGF 1. Señalización anterógrada Para determinar donde están los receptores de NGF se utilizaron microplacas := placas Petri compartimentalizadas: si se añade NGF en region distal — crecimiento axonal y dendrítico (transporte retrogrado q transporta complejo NGF-receptor en una vesícula) si se añade NGF en region media — NO hay crecimiento axonal pq receptor están en terminales sinápticas, pero si supervivencia 2. Señalización retrógrada Curando NGF se une a TrkA hay una auto-fosforilación y se produce la internalización del complejo NGF-receptor en vesículas recubiertas de clatrina. Gracias a transporte retrogrado mediado por dineinas, el endosoma llega al compartimiento somato-dendritico donde el NGF produce sus efectos. La Tyr785-P interacciona con la PLC-gamma q hidroliza inositol-3P y produce la salida de Ca al citosol. Eso activa la calcineurina (fosfatasa) q des-fosforila a la dinamina q recluta otras proteínas a la vesícula con el complejo internalizado. Cuando la vesícula llega al soma, todas la proteínas están reclutadas y activa => se estimula la transcripción génica. En las dendritas, a través de la ruta MAPK, la vesícula promueve la formación de densidades post-sinápticas. En el SNP las neuronas reciben 1 única aferencia y tienen 1 única eferencia En el SNC las neuronas tienen múltiples aferencias y eferencias. Ademas, en el SNC las señales pueden enviare por via anterograda o retrograda => SNC mas complejo Aferencia := sinapsis con neuronas q transmiten el impulso nervioso Eferencia := sinapsis con neuronas q reciben el impulso nervioso    24 di 39 TEMA 4: formación de sinapsis El elemento precursor de sinapsis es el cono de crecimiento := parte nal del axon (donde se alonga). En el cono de crecimiento hay 3 dominios: 1. Dominio periférico — detecta las señales q permiten el crecimiento => formado por extensiones citoplasmáticas ricas en lopodios (micro lamentos de actina) q están unidas por el lamelipodio. 2. Dominio central — formado por microtubulo de tubulina sin MAPs => dinámica de (des-)polimerización de los microtubulos es muy elevada 3. Neurita — formado por microtubulo de tubulina maduros (destirosinados + acetilados) con MAPs El polo + de los micro lamentos de actina está orientado hacia el extremo del lopodio. En el citosqueleto debajo de la membrana plasmática hay la miosina q interacciona con los micro lamentos de actina y los empuja hacia el polo - , originando un ciclo fútil := el micro lamento crece hacia polo + al mismo tiempo q la miosina lo empuja al lado contrario. => hay un continuo crecimiento/retracción del micro lamento. Cuando los receptores de los lamelipodios interaccionan con moléculas de adhesion, se activan las proteínas de anclaje como GAP43 q interaccionan con micro lamentos de actina, contrastando el movimiento de la miosina y permitiendo el crecimiento hacia polo +. Así el lopodio se extiende. Esa dinámica muy activa da lugar a ≠ tipos de estructuras en el cono de crecimiento: Tipo lopodio — axon está creciendo Tipo palma o cono — axon está detectando la molecula de adhesion Tipo redondeado — axon está colapsando (pierde dominio periférico y se retrae) Teoría del quimiotropismo = algunas señales químicas guían el cono de crecimiento hacia su diana Guía axonal: Los axones son guiados por la ación simultanea y coordinada de 4 tipos de señales: 1. señales secretora q promueven crecimiento — motor del movimiento 2. señales secretora q inhiben crecimiento — motor del movimiento 3. señales jas en la ECM q promueven crecimiento — diseñan el camino por el q crece el axon 4. señales jas en la ECM q inhiben crecimiento — establecen el limite del camino Estas señales activan ≠ cascadas intracelulares en el axon (alteración de [Ca], [AMP] o [GMP]): Las señales q provocan pequeños ↑[Ca]i — promueven el crecimiento Las señales q provocan grandes ↑↑↑[Ca]i — inhiben el crecimiento Las señales q incrementan el ratio cAMP/cGMP ↑— promueven el crecimiento Las señales q disminuyen el ratio cAMP/cGMP ↓— inhiben el crecimiento Atracción = crecimiento :) = ↑[Ca]i + cAMP/cGMP ↑ Repulsión = crecimiento :( = ↑↑↑[Ca]i + cAMP/cGMP ↓ La guia axonal es: - un proceso complejo pq tiene q establecer misiones de contactos sinápticos - un fenómeno variado ya q 2 axones q parten del mismo sitio pueden llegar a ≠ sitios, dependiendo de receptores expresados => una misma señal puede inducir/inhibir crecimiento - precisa pq todas las dianas deben estar inervadas Las conexiones se establecen por etapas en las q cada una está de nida por la presencia de una célula secretora de factores quimioatrayentes.  fi fi fi fi  fi fi fi fi fi fi fi fi fi fi  25 di 39 La emisión de axones pioneros (primeros axones q crecen en una zona) favorece el proceso ya q establecen conexiones durante el inicio del desarrollo del SN (antes formación de la glia) Moléculas implicadas en guía axonal: *** EFRINAS A y B Son proteinas integrales de membrana ancladas a esta a traves de puentes GPI. Activan receptores efrina de tipo TyrK y median repulsion = crecimiento :( El receptor TyrK puede unirse a la efexina: Cuando efexina NO se une a receptor, no se produce fosforilación y se activan simultáneamente 3 mensajeros secundarios (RhoA, Roc1, Cdc42) q promueven polimerización de micro lamentos de actina. Cuando efexina se une a receptor, el receptor se auto-fosforila y fosforila a su vez la efexina. La efexina puede activar solo a RhoA y el receptor fosforilado (activo) recluta y fosforila otras proteínas como la alpha2-quimerina q inhibe Roc1. La activación de RhoA y inhibición de Roc1 promueven des-polimerización de micro lamentos de actina y lleva al colapsamiento del lamelipodio. El receptor recluta y fosforila a Vav q promueve la fagocitosis del complejo receptor-efrina para evitar q la ruta sea siempre activa. *** NETRINA y SLIT Son proteínas secretadas. La netrina tiene un dominio similar a la laminina en el N-terminal => el efecto de señalización es local pq se impide su difusión ya q esta proteína está en la ECM => es una señal corta. Tiene efecto sobre receptores con dominio Ig: - al activar receptores DCC median atracción - al activar receptores UNC median repulsión Slit es de mayor tamaño y es reconocida por receptores Robo, también con dominios Ig. Generalmente media repulsión. Las neuronas comisurales (cuyos axones crecen a lo largo de la línea media del SNC) emiten su axon desde zona dorsal hasta zona ventral (espalda —> abdomen). La señal q guía estos axones es un gradiente de la netrina-1 q es mas concentrado en zona ventral q en la dorsal. Dado q en cono de crecimiento se expresan receptores DCC, la señal produce atracción y crecimiento axonal. Algunos axones pueden atravesar el gradiente y crecer en paralelo a esto pq la linea media secreta Slit. Las neuronas comisurales expresan receptores Robo1, Robo2, Robo3 antes de atravesar la linea media y Robo3 —| Robo1 y Robo2. Cuando atraviesan la linea media, la expresión de Robo3 disminuye así q Robo1 y Robo2 se  fi fi   26 di 39 activan y Slit media repulsión. En ratones KO para Robo3 las neuronas no atraviesan la linea media. *** SEMAFORINAS Son una familia de proteínas q tienen un dominio en común en su C-terminal rico de a.a. cargados +. En vertebrados hay semaforinas de las clases 3 - 7 y solo Sema-3 es secretada, el resto están ancladas a la membrana. Son reconocidas por las plexinas A y B pero Sema-3 también necesita interaccionar con la neuropilina (anclada a membrana) q media union entre plexinas y Sema-3. Se activa la señalización por GTPasas q modulan el citosqueleto de actina. Sema-3A regula diferenciación de neuronas q migran desde zona ventricular —> marginal. (En ratones KO para Sema-3A, las neuronas de la capa marginal quedan desorientadas). La Sema-3A tiene efectos antagonistas en una misma neurona: Repulsion sobre axon — migration hacia zona ventricular Atracción sobre dendritas — migración hacia zona marginal Esto se debe a q hay [cGMP] mayor en dendritas q axones pq la guanilato ciclasa soluble es mas presente en compartimiento somato-dendritico. SINAPTOGENESIS EN SNC: El proceso de formación de sinapsis dura 1h30-2h: 1. El cono de crecimiento llega a la diana y contacta sicamente con ella (contacto entre moléculas de adhesion en terminal pre-sinaptica y post-sináptica) 2. Al cabo de 15-20 min comienzan a liberarse vesículas electrodensas en region pre-sinaptica 3. Tras 30-45 min se reclutan proteínas implicadas en densidad post-sináptica 4. Después de 1h se expresan los receptores post-sinápticos Proteinas de adhesion: Ellas establecen las uniones trans-sinapticas pero no están directamente implicadas en la formación de sinapsis (sin embrago son esenciales). Alteraciones en estas proteínas promueven enfermedad neurales como esquizofrenia y autismo. El complejo se forma por interacción de neuroexinas (pre- sinápticas) y neuroliguinas (post- sinápticas). Ambas expresan dominós PDZ q sirven por la interacción entre esas (a nivel extracelular) y por interacción con otras moléculas del citosqueleto dando lugar a densidades pre- y post- sinápticas (a nivel intracelular). La interacción neuroexinas -neuroliguinas ocurre en zona activa de la sinapsis. Neuroexinas: 2 tipos: alpha (con N-terminal muy grande) y beta (con N-terminal más pequeño). Tienen dominios similares a los de la laminina y en caso de alpha-neuroexinas también a los del EGF (factor de crecimiento epidémico). Los dominós TM son iguales en ambos tipo de neuroexinas. En humanos hay 3 genes q codi can para ambas neuroexinas y en todos hay sitios de splicing alternativo q dan lugar a una importante variedad de neuroexinas. En el C-terminal se produce interaction con CASK q presenta dominios CAMK q transmiten info del exterior al interior celular mediante fosforilacion. CASK fosforila a Piccolo y Bassom q reclutan las vesículas sinápticas para q se localizan cerca del axon.   fi fi  27 di 39 CASK interacciona con Velis y Mint, formando un trimero q esta en contacto con neuroexina y abre los canales de Ca tipo N en densidades pre-sinapticas. Neuroliguinas: Su N-terminal presenta un dominio análogo al de la acetilcolinesterasa (sin actividad enzimática) q permite la dimerizacion de neuroliguinas. Hay 4 genes q codi can las neuroliguinas: NLGN 1 — sinapsis excitatorias NLGN 2 — sinapsis inhibitorias NLGN 3 — sinapsis excitatorias y inhibitorias NLGN 4 — sinapsis glicinergicas Las neuroliguinas interaccionan con las neuroexinas a través de sus dominios PDZ. En C-terminal, estos dominios permiten interacción con proteína PSD95 q se une a proteína GKAP y esta se une a Shank. Este trimero forma el entramado de densidad post-sináptica. Cada dímero de neuroliguina recluta a 2 neuroexinas y activa el dominio CASK en C-terminal. Los ratones KO para neuroliguinas 1,2,3 mueren después pocas semanas pero su n° de sinapsis es el mismo q en ratones WT => las neuroliguinas NO son determinantes en formación de sinapsis pero si en su maduración En ratones KO para neuroexinas-alpha hay alteraciones pre- y post- sinápticas En ratones KO para neuroexinas-beta hay alteraciones post- sinápticas => la ruta de señalizaciones mediada por neuroexinas es importante por formación de densidades post-sinápticas AUTISMO: Mutaciones en neuroliguinas y neuroexinas desencadenan enfermedades del espectro autista. Son enfermedades heredables y afectan más a hombres. Sintomalogía: comportamientos repetitivos , de cit de interacción social , epilepsia , retraso mental Los síntomas se desarrollan a los 2-3 anos, cuando la sinapsis ya ha madurado. En ratones con esa enfermedad se observa q al realizar el test del rotador, el animal aguanta mas en el dispositivo (eso se debe a q el movimiento es repetitivo). Sinapsis durante el desarrollo: Las sinapsis son estructura dinámicas. Durante el desarrollo se forman sinapsis transitorias (q van a desparecer en el tiempo) => se observan mas contactos sinápticos en niños q en adultos. El input del interno permite seleccionar aquellas conexiones q son mas utiles. En motoneuronas se ha visto q aquellas q son más activa sobre una bra muscular eliminan a aquellas q presentan menor actividad. Esto es pq la propia bra genera señales de supervivencia para las neuronas funcionales y señales degenerativas para neuronas non-funcionales. Esa selección se produce después del parto pq antes del parto las neuronas están unidas por uniones de hendidura (gap junction) así q todas las neuronas se disparan a la vez. Después del parto estas uniones desaparecen y las neuronas se individualizan, lo q permite la selección.   fi fi fi fi  28 di 39 Regeneración del SN: La plasticidad del SNC es mayor q la del SNP, al contrario q la regeneración axonal. Al producirse un daño en un axon del SNP, en la region proximal del daño se forman nuevos brotes q vuelven a conectar con las dianas. Esto se debe a las células de Schwann q secretan los factores tró cos necesario y interaccionan con la ECM mediante moléculas de adhesion. Ademas en el SNP se eliminan señales inhibitoria de crecimiento gracias a la mielinafagìa. En el SNC, ≠ factores hacen q la regeneración sea mucho menor: No hay un ambiente favorable para el crecimiento Hay mayor cantidad de señales inhibitoria del crecimiento axonal proteina NoGo, glicoproteina OMgp y proteina de mielina MAG Cuando se produce un daño, se forma la cicatriz glial, los astrocitos proliferan, se activa la microglia, hay la extravasacion de células del SI (linfocitos T) y todas estas di cultan el crecimiento axonal. Capacidad de crecimiento es menor durante el desarrollo, los niveles de proteína GAP43/neuromodulina son muy elevados pero disminuyen en el tiempo. GAP43 interacciona con micro lamento contraponiéndose al movimiento de la miosina la cual impide crecimiento axonal => GAP43 favorece crecimiento. En el SNP el nivel de GAP43 se mantiene constante durante todo el desarrollo y aumenta antes de un daño. Generalmente se degenera parte nal del axon pero a veces también la parte proximal al soma y eso se debe a q la neurotro na no es aportada al soma y esa es esencial para supervivencia. Estrategias para facilitar regeneración del SNC: 1. Administración de antiin amatorios para disminuir in amación 2. Administración de factores tró cos en regiones dañadas 3. Administración de enzimas capaces de degradar cicatriz glial 4. Administración de moléculas capaces de inhibir los inhibidores de crecimiento 5. Administración de inmune-depresor para reducir respuesta inmune endógena (activación de microglia) y exógena (extravasacion de células del SI) 6. Activación de mecanismo q promueven expresión de proteínas de adhesion 7. Transplante de células gliales o neuronas — astrocitos modi cado genéticamente 8. Implante de células de Schwann 9. Implante de células modi cada genéticamente: Fibroblastos de la piel — se extraen del propio organismo, se cultivan y se modi can genéticamente. Pues se realiza la selección in vitro y se re-cultivan para clonarlos. Al nal se implantan de nuevo en el organismo Glia envolvente — la glia del bulbo olfatorio del SNC tiene características de las células de Schwann y su función es de acompañar los axones desde epitelio olfatorio hasta bulbo olfatorio (único sitio del SNC donde se renuevan los axones)  fi  fi fl fi fi fi fi fl fi fi fi fi  29 di 39 PARKINSON Los ganglios basales están formados por la sustancia negra, el núcleo caudado y el putamen y sus función es la regulación del movimiento => permiten realizar movimientos controlados. En esa enfermedad se produce una perdida de neuronas dopaminérgicas de la sustancia negra q emiten prolongaciones a los núcleo caudado y al putamen => la enervación no es funcional. Las neuronas dopaminérgicas liberan dopamina a la sustancia negra, cuya acción es inhibitoria => permiten la relajación muscular. Dado q esa enervación negativa es de ciente, los pacientes no son capaces de controlar los movimientos. Tratamiento: Se administra L-DOPA (molecula precursora de la dopamina) q es permeable a la BBB y se descarboxila en el SNC. Junto a la L-DOPA se debe administrar un inhibitor de la descarboxilasa lo cual es impermeable a la BBB y asi asegura q la descaboxilación ocurre solo en SNC y no en SNP. Dado q la administración de L-DOPA presenta efectos secundarios a lo largo plazo, se están considerando alternativas (implante de células precedentes de otros tejidos): Células de tejido embrionario humano efectos de m