Estoy buscando recursos o cualquier información sobre la formación de espinas dendríticas y la sinaptogénesis, especialmente en relación con cómo se forman nuevas conexiones a diario.
¿La señalización electrotónica a lo largo de los axones y a través de las espinas provoca que se establezcan nuevas conexiones basadas en algún tipo de condición espacial (tal vez una atracción eléctrica o química), o hay aquí alguna heurística más amplia?
Es casi seguro que la formación de la columna vertebral (espinogénesis) se deba a señales químicas, más que eléctricas, entre las neuronas. Aunque hay excepciones (uniones comunicantes, por ejemplo), la mayoría de las formas de comunicación intercelular están mediadas por sustancias químicas liberadas por una célula y detectadas por otra. Tiene razón en que las señales para la sinaptogénesis probablemente estén localizadas (la "condición espacial"), pero estoy dispuesto a apostar a que esas señales locales son de naturaleza química.
Un artículo reciente de Kwon y Sabatini (2011) muestra que la liberación local del neurotransmisor glutamato es suficiente para que se forme una columna vertebral funcional. Los receptores de glutamato en la dendrita detectan el glutamato y se forma una columna vertebral (en segundos). ¡Al menos bajo estas condiciones, la maquinaria presináptica no es necesaria en absoluto! Por supuesto, en una preparación menos reducida, la actividad eléctrica en el axón señalará la liberación de glutamato desde el lado presináptico. Por lo tanto, en este caso, la formación de la columna vertebral depende de la actividad pero está mediada por señales químicas.
Se cree que las espinas dendríticas crecen y retroceden bajo LTP y LTD, respectivamente. Ver (Bosch y Hayoshi 2011) para una revisión.
A partir de ahí, gran parte de la sinaptogénesis ocurre debido a las moléculas de superficie presentes tanto en la dendrita como en el axón presináptico en el cono de crecimiento. La localización y la orientación se logran a través de gradientes de factores de crecimiento en el sistema nervioso en desarrollo. Consulte (Kolodkin y Tessier-Lavigne 2011) para obtener una revisión de todos estos mecanismos.
Todavía se debate cómo esto se mapea en el SNC humano y el pensamiento/aprendizaje/memorización, pero algunos de estos mecanismos deben haberse conservado en especies superiores.
Bosch M, Hayashi Y. (2012) Plasticidad estructural de las espinas dendríticas. Curr Opin Neurobiol., 22 (3): 383-8. (Epub 2011 28 de septiembre).
Kolodkin AL, Tessier-Lavigne M. (2011). Mecanismos y moléculas del cableado neuronal: una cartilla. Cold Spring Harb Perspect Biol., 3 (6). [DOI]
En la literatura se han descrito dos clases de factores que contribuyen a la espinogénesis, en función de si pueden considerarse extrínsecos o intrínsecos a la dendrita (mi clasificación). Aquí hay una lista corta de evidencia a favor de cualquiera de los dos:
A. Extrínseca:
la presencia de glutamato extracelular facilita la formación de espinas en tejidos de ratones muy jóvenes ( Richards et al., 2005 ; Kwon y Sabatini, 2011 )
las nuevas espinas se forman preferentemente hacia los botones con contactos sinápticos preexistentes ( Toni et al., 1999 , 2007 ; Knott et al., 2006 ; Nägerl et al., 2007 )
B. Intrínseco:
las nuevas espinas tienden a formarse lejos de las espinas preexistentes en la dendrita ( Fu et al. 2012 )
las dendritas con densidades espinales más bajas muestran un mayor grado de espinogénesis ( Holtmaat et al. 2005 )
Un mecanismo propuesto extrínseco a la dendrita que puede conducir a la espinogénesis es el desbordamiento de glutamato. Los mecanismos concebibles intrínsecos a la dendrita que pueden controlar la espinogénesis pueden ser la competencia por los recursos (proteínas estructurales, ARNm, etc.).
Las dendritas de las células piramidales en algunas áreas de la corteza y el hipocampo exhiben una rotación relativamente alta de formación y eliminación de espinas ( Holtmaat et al. 2005 , Attardo et al. 2015 ), al menos en comparación con los botones axonales (por ejemplo, de Paola 2006 ). Mientras que algunas de estas nuevas espinas se estabilizan, muchas desaparecen poco después de su formación. Esto indica que, al menos en parte, su creación no está completamente especificada por la existencia de un socio presináptico, si asumimos que el socio presináptico continúa "atrayéndolos" (y eso es un gran si ). La relativa independencia de la espinogénesis de la actividad presináptica se corrobora aún más por el hecho de que la mayoría de las nuevas espinas carecen de sinapsis ( Knott et al., 2006 ).
Parece, entonces, que las dendritas producen espinas en exceso para muestrear su entorno en busca de posibles socios sinápticos. La ventaja de tal mecanismo se puede ver cuando se consideran los posibles cambios en el diagrama de cableado que las neuronas pueden lograr con tales cambios microscópicos relativamente menos costosos ( Stepanyants et al. 2002 ). No está claro en qué momento entre la espinogénesis y la formación de sinapsis, la actividad presináptica se convierte en un factor influyente en el cerebro adulto intacto. Está por venir una teoría que incorpora la información existente sobre la espinogénesis.
Referencias
Attardo A, Fitzgerald JE, Schnitzer MJ. (2015) Impermanencia de espinas dendríticas en hipocampo CA1 adulto vivo. Naturaleza , 523 (7562), 592-596. https://doi.org/10.1038/nature14467
De Paola, V., Holtmaat, A., Knott, G., Song, S., Wilbrecht, L., Caroni, P. y Svoboda, K. (2006). Plasticidad estructural específica del tipo celular de las ramas y botones axonales en la neocorteza adulta. Neurona , 49 (6), 861–875. https://doi.org/10.1016/j.neuron.2006.02.017
Fu, M., Yu, X., Lu, J. y Zuo, Y. (2012). El aprendizaje motor repetitivo induce la formación coordinada de espinas dendríticas agrupadas in vivo. Naturaleza , 483 (7387), 92–95. https://doi.org/10.1038/nature10844
Holtmaat, AJGD, Trachtenberg, JT, Wilbrecht, L., Shepherd, GM, Zhang, X., Knott, GW y Svoboda, K. (2005). Espinas dendríticas transitorias y persistentes en el neocórtex in vivo. Neurona , 45 (2), 279–291. https://doi.org/10.1016/j.neuron.2005.01.003
Knott, GW, Holtmaat, A., Wilbrecht, L., Welker, E. y Svoboda, K. (2006). El crecimiento de la columna precede a la formación de sinapsis en el neocórtex adulto in vivo. Nature Neuroscience , 9 (9), 1117–1124. https://doi.org/10.1038/nn1747
Kwon, H.-B. y Sabatini, BL (2011). El glutamato induce el crecimiento de novo de las espinas dorsales funcionales en la corteza en desarrollo. Naturaleza , 474 (7349), 100–104. https://doi.org/10.1038/nature09986
Nägerl, UV, Köstinger, G., Anderson, JC, Martin, KAC y Bonhoeffer, T. (2007). Sinaptogénesis prolongada después de la espinogénesis dependiente de la actividad en las neuronas del hipocampo. Revista de neurociencia , 27 (30), 8149–56. https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.0511-07.2007
Richards, DA, Mateos, JM, Hugel, S., de Paola, V., Caroni, P., Gahwiler, BH y McKinney, RA (2005). El glutamato induce la formación rápida de protuberancias de la cabeza de la columna vertebral en cultivos de cortes de hipocampo. Actas de la Academia Nacional de Ciencias , 102 (17), 6166–6171. https://doi.org/10.1073/pnas.0501881102
Stepanyants, A., Hof, PR y Chklovskii, DB (2002). Geometría y plasticidad estructural de la conectividad sináptica. Neurona , 34 (2), 275–88. Obtenido de http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/11970869
Toni, N., Buchs, PA, Nikonenko, I., Bron, CR y Muller, D. (1999). LTP promueve la formación de múltiples sinapsis espinales entre un solo terminal axónico y una dendrita. Naturaleza , 402 (6760), 421–5. https://doi.org/10.1038/46574
Toni, N., Teng, EM, Bushong, E. a, Aimone, JB, Zhao, C., Consiglio, A., … Gage, FH (2007). Formación de sinapsis en neuronas nacidas en el hipocampo adulto. Neurociencia de la naturaleza, 10 (6), 727–734. https://doi.org/10.1038/nn1908
vkehayas