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En neurociencia , el rastreo anterógrado es un método de investigación que se utiliza para rastrear proyecciones axonales desde su fuente (el cuerpo celular o soma ) hasta su punto de terminación (la sinapsis ). La técnica complementaria es el rastreo retrógrado , que se utiliza para rastrear las conexiones neuronales desde su terminación hasta su fuente (es decir, sinapsis al cuerpo celular). [1] Tanto las técnicas de rastreo anterógrado como retrógrado se basan en la visualización del proceso biológico de transporte axonal .

Las técnicas de rastreo anterógrado y retrógrado permiten la descripción detallada de las proyecciones neuronales de una sola neurona o una población definida de neuronas a sus diversos objetivos en todo el sistema nervioso . Estas técnicas permiten el "mapeo" de conexiones entre neuronas en una estructura particular (por ejemplo, el ojo ) y las neuronas objetivo en el cerebro. Gran parte de lo que se conoce actualmente sobre la neuroanatomía conexional se descubrió mediante el uso de técnicas de rastreo anterógrado y retrógrado. [1]

Técnicas

Existen varios métodos para rastrear las proyecciones que se originan en el soma hacia sus áreas objetivo. Estas técnicas inicialmente se basaron en la inyección física directa de varias moléculas trazadoras visualizables (por ejemplo , proteína verde fluorescente , tintes lipófilos o aminoácidos marcados radiactivamente ) en el cerebro . Estas moléculas son absorbidas localmente por el soma (cuerpo celular) de varias neuronas y transportadas a las terminales de los axones , o son absorbidas por los axones y transportadas al soma de la neurona. Otras moléculas trazadoras permiten la visualización de grandes redes de proyecciones axonales que se extienden desde las neuronas expuestas al marcador. [1]

En los últimos años se han desarrollado e implementado vectores virales como trazadores anterógrados para identificar las regiones objetivo de las neuronas en proyección. [2] [3]

Alternativamente, las estrategias son trazadores anterógrados transsinápticos, que pueden cruzar la hendidura sináptica, marcando múltiples neuronas dentro de una vía. También pueden ser trazadores genéticos o moleculares.

Recientemente, la resonancia magnética mejorada con manganeso (MEMRI) se ha utilizado para rastrear circuitos funcionales en cerebros vivos, como lo iniciaron Russ Jacobs, [4] Robia Paultler, [5] Alan Koretsky y Elaine Bearer . [6] El ion Mn 2+ da una señal hiperintensa en la resonancia magnética ponderada en T 1 y, por lo tanto, sirve como agente de contraste. El Mn 2+ entra a través de los canales de calcio dependientes del voltaje, se introduce en los orgánulos intracelulares y es transportado por el sistema de transporte neuronal endógeno, incluida la kinesina-1, y se acumula en ubicaciones distantes. [7]El mapeo paramétrico estadístico de la acumulación de Mn en imágenes de lapso de tiempo proporciona información detallada no solo sobre los circuitos neuronales sino también sobre la dinámica del transporte dentro de ellos y la ubicación de las conexiones distales. [8] Este enfoque proporciona información sobre los circuitos en todo el cerebro de los animales vivos.

Marcadores genéticos

(ver también Trazado neuronal viral )

Para rastrear las proyecciones de una región o célula específica, se puede inyectar localmente una construcción genética, un virus o una proteína, después de lo cual se permite que se transporte de forma anterógrada. Los trazadores virales pueden cruzar la sinapsis y pueden usarse para rastrear la conectividad entre las regiones del cerebro a través de muchas sinapsis. Kuypers describe ejemplos de virus utilizados para el rastreo anterógrado. [9] Los más conocidos son el virus del herpes simple tipo 1 (VHS) y los rabdovirus . [9] El VHS se utilizó para rastrear las conexiones entre el cerebro y el estómago, con el fin de examinar las áreas del cerebro involucradas en el procesamiento viscero-sensorial. [10] Otro estudio utilizó HSV tipo 1 y tipo 2 para investigar la vía óptica.: al inyectar el virus en el ojo, se visualizó el camino desde la retina al cerebro. [11]

Los trazadores virales utilizan un receptor en la célula huésped para adherirse a ella y luego se endocitosan . Por ejemplo, el VHS usa el receptor de nectina y luego se endocitosa. Después de la endocitosis, el pH bajo dentro de la vesícula tira la envoltura del virión, después de lo cual el virus está listo para ser transportado al cuerpo celular. Se demostró que el pH y la endocitosis son cruciales para que el VHS infecte una célula. [12] Se demostró que el transporte de las partículas virales a lo largo del axón depende del citoesqueleto microtubular . [13]

Trazadores moleculares

También hay un grupo de trazadores que consisten en productos proteicos que pueden ser absorbidos por la célula y transportados a través de la sinapsis a la siguiente célula. La aglutinina de germen de trigo (WGA) y Phaseolus vulgaris leucoaglutinin [14] son los trazadores más conocidos; sin embargo, no son trazadores anterógrados estrictos: se sabe que el WGA especialmente se transporta tanto en sentido anterógrado como retrógrado. [15] WGA ingresa a la célula al unirse a los oligosacáridos , y luego se capta mediante endocitosis a través de una vía dependiente de caveolas. [16] [17]

Otros trazadores anterógrados ampliamente utilizados en neuroanatomía son las aminas dextrano biotiniladas (BDA), también utilizadas en el trazado retrógrado .

Lista parcial de estudios que utilizan esta técnica

La técnica de rastreo anterógrado es ahora una técnica de investigación muy extendida. La siguiente es una lista parcial de estudios que han utilizado técnicas de rastreo anterógrado:

  • Deller T, Naumann T, Frotscher M (noviembre de 2000). "Trazado retrógrado y anterógrado combinado con identificación de transmisor y microscopía electrónica". Revista de métodos de neurociencia . 103 (1): 117–26. doi : 10.1016 / S0165-0270 (00) 00301-0 . PMID  11074101 .
  • Kressel M (abril de 1998). "La amplificación de tiramida permite el rastreo anterógrado por lectinas conjugadas con peroxidasa de rábano picante junto con inmunohistoquímica simultánea" . La Revista de Histoquímica y Citoquímica . 46 (4): 527–33. doi : 10.1177 / 002215549804600413 . PMID  9575040 . Archivado desde el original el 15 de abril de 2013.
  • Haberl MG, Viana da Silva S, Guest JM, Ginger M, Ghanem A, Mulle C, Oberlaender M, Conzelmann KK, Frick A (abril de 2014). "Un vector del virus de la rabia anterógrada para la reconstrucción a gran escala de alta resolución de la morfología de neuronas 3D" . Estructura y función del cerebro . 220 (3): 1369–79. doi : 10.1007 / s00429-014-0730-z . PMC  4409643 . PMID  24723034 .
  • Chamberlin NL, Du B, de Lacalle S, Saper CB (mayo de 1998). "Vector de virus adenoasociado recombinante: uso para la expresión transgénica y el rastreo del tracto anterógrado en el SNC" . Investigación del cerebro . 793 (1–2): 169–75. doi : 10.1016 / s0006-8993 (98) 00169-3 . PMC  4961038 . PMID  9630611 .
  • Luppi PH, Fort P, Jouvet M (noviembre de 1990). "Aplicación iontoforética de la subunidad B de la toxina del cólera no conjugada (CTb) combinada con inmunohistoquímica de sustancias neuroquímicas: un método para la identificación del transmisor de neuronas marcadas de forma retrógrada". Investigación del cerebro . 534 (1–2): 209–24. doi : 10.1016 / 0006-8993 (90) 90131-T . PMID  1705851 .

Ver también

  • Rastreo retrógrado
  • Rastreo neuronal viral

Referencias

  1. ^ a b c Dale Purves; George J. Augustine; David Fitzpatrick; William C. Hall; Anthony-Samuel Lamantia; James O. Mcnamara; Leonard E. White, eds. (2008). Neurociencia (4ª ed.). Sunderland, Massachusetts: Sinauer. pp.  16 -18 (de 857 total). ISBN 978-0-87893-697-7.
  2. ^ Oh SW, Harris JA, Ng L, Winslow B, Cain N, Mihalas S, et al. (Abril de 2014). "Un conectoma de mesoescala del cerebro del ratón" . Naturaleza . 508 (7495): 207–14. Código bibliográfico : 2014Natur.508..207O . doi : 10.1038 / nature13186 . PMC 5102064 . PMID 24695228 .  
  3. ^ Haberl MG, Viana da Silva S, Guest JM, Ginger M, Ghanem A, Mulle C, Oberlaender M, Conzelmann KK, Frick A (abril de 2014). "Un vector del virus de la rabia anterógrada para la reconstrucción a gran escala de alta resolución de la morfología de neuronas 3D" . Estructura y función del cerebro . 220 (3): 1369–79. doi : 10.1007 / s00429-014-0730-z . PMC 4409643 . PMID 24723034 .  
  4. ^ Pautler RG, Mongeau R, Jacobs RE (julio de 2003). "Trazado trans-sináptico in vivo desde el cuerpo estriado murino y la amígdala utilizando resonancia magnética mejorada con manganeso (MEMRI)". Resonancia Magnética en Medicina . 50 (1): 33–9. doi : 10.1002 / mrm.10498 . PMID 12815676 . 
  5. ^ Pautler RG, Silva AC, Koretsky AP (noviembre de 1998). "Seguimiento del tracto neuronal in vivo mediante resonancia magnética mejorada con manganeso". Resonancia Magnética en Medicina . 40 (5): 740–8. doi : 10.1002 / mrm.1910400515 . PMID 9797158 . 
  6. ^ Portador EL, Falzone TL, Zhang X, Biris O, Rasin A, Jacobs RE (2007). "Papel de la actividad neuronal y la kinesina en el trazo del tracto por resonancia magnética mejorada con manganeso (MEMRI)" . NeuroImage . 37 Supl. 1: S37–46. doi : 10.1016 / j.neuroimage.2007.04.053 . PMC 2096707 . PMID 17600729 .  
  7. ^ Medina CS, Biris O, Falzone TL, Zhang X, Zimmerman AJ, Bearer EL (enero de 2017). "2+ se ve afectado por la eliminación de KLC1, una subunidad del motor convencional basado en microtúbulos de kinesina" . NeuroImage . 145 (Parte A): 44–57. doi : 10.1016 / j.neuroimage.2016.09.035 . PMC 5457905 . PMID 27751944 .  
  8. ^ Portador EL, Manifold-Wheeler BC, Medina CS, Gonzales AG, Chaves FL, Jacobs RE (octubre de 2018). "Alteraciones de los circuitos funcionales en el envejecimiento del cerebro y el impacto de la expresión de APP mutada" . Neurobiología del envejecimiento . 70 : 276–290. doi : 10.1016 / j.neurobiolaging.2018.06.018 . PMC 6159914 . PMID 30055413 .  
  9. ↑ a b Kuypers HG, Ugolini G (febrero de 1990). "Virus como trazadores transneuronales". Tendencias en neurociencias . 13 (2): 71–5. doi : 10.1016 / 0166-2236 (90) 90071-H . PMID 1690933 . 
  10. ^ Rinaman L, Schwartz G (marzo de 2004). "Trazado viral transneuronal anterógrado de vías viscerosensoriales centrales en ratas" . La Revista de Neurociencia . 24 (11): 2782–6. doi : 10.1523 / JNEUROSCI.5329-03.2004 . PMC 6729508 . PMID 15028771 .  
  11. ^ Norgren RB, McLean JH, Bubel HC, Wander A, Bernstein DI, Lehman MN (marzo de 1992). "Transporte anterógrado de HSV-1 y HSV-2 en el sistema visual". Boletín de investigación del cerebro . 28 (3): 393–9. doi : 10.1016 / 0361-9230 (92) 90038-Y . PMID 1317240 . 
  12. ^ Nicola AV, McEvoy AM, Straus SE (mayo de 2003). "Funciones de la endocitosis y pH bajo en la entrada del virus del herpes simple en células de ovario de hámster chino y HeLa" . Revista de Virología . 77 (9): 5324–32. doi : 10.1128 / JVI.77.9.5324-5332.2003 . PMC 153978 . PMID 12692234 .  
  13. ^ Kristensson K, Lycke E, Röyttä M, Svennerholm B, Vahlne A (septiembre de 1986). "Transporte neurítico del virus del herpes simple en neuronas sensoriales de rata in vitro. Efectos de sustancias que interactúan con la función microtubular y el flujo axonal [nocodazol, taxol y eritro-9-3- (2-hidroxinonil) adenina]" . La Revista de Virología General . 67 (Parte 9) (9): 2023–8. doi : 10.1099 / 0022-1317-67-9-2023 . PMID 2427647 . 
  14. ^ Smith Y, Hazrati LN, Parent A (abril de 1990). "Proyecciones eferentes del núcleo subtalámico en el mono ardilla según lo estudiado por el método de rastreo anterógrado PHA-L". La Revista de Neurología Comparada . 294 (2): 306–23. doi : 10.1002 / cne.902940213 . PMID 2332533 . 
  15. ^ Damak S, Mosinger B, Margolskee RF (octubre de 2008). "Transporte transsináptico de aglutinina de germen de trigo expresada en un subconjunto de células gustativas tipo II de ratones transgénicos" . BMC Neuroscience . 9 : 96. doi : 10.1186 / 1471-2202-9-96 . PMC 2571104 . PMID 18831764 .  
  16. ^ Broadwell RD, Balin BJ (diciembre de 1985). "Vías endocíticas y exocíticas del proceso secretor neuronal y transferencia trans-sináptica de peroxidasa de rábano-aglutinina de germen de trigo in vivo". La Revista de Neurología Comparada . 242 (4): 632–50. doi : 10.1002 / cne.902420410 . PMID 2418083 . 
  17. ^ Gao X, Wang T, Wu B, Chen J, Chen J, Yue Y, Dai N, Chen H, Jiang X (diciembre de 2008). "Puntos cuánticos para el seguimiento del transporte celular de nanopartículas funcionalizadas con lectina". Comunicaciones de investigación bioquímica y biofísica . 377 (1): 35–40. doi : 10.1016 / j.bbrc.2008.09.077 . PMID 18823949 .