Célula pilosa

Las células ciliadas son los receptores sensoriales tanto del sistema auditivo como del sistema vestibular en los oídos de todos los vertebrados y en el órgano de la línea lateral de los peces. A través de la mecanotransducción , las células ciliadas detectan el movimiento en su entorno. [1]

Célula pilosa
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Sección a través del órgano espiral de Corti . Magnificado. ("Células ciliadas externas" etiquetadas cerca de la parte superior; "células ciliadas internas" etiquetadas cerca del centro).
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Sección transversal de la cóclea . Las células ciliadas internas están ubicadas en la terminación de los "nervios de las células ciliadas internas" y las células ciliadas externas están ubicadas en la terminación del "nervio de las células ciliadas externas".
Detalles
LocalizaciónCóclea
FormaÚnico (ver texto)
FunciónAmplifica las ondas sonoras y transduce la información auditiva al tronco cerebral.
NeurotransmisorGlutamato
Conexiones presinápticasNinguno
Conexiones postsinápticasA través del nervio auditivo al nervio vestíbulo coclear a colículo inferior
Identificadores
Identificación de NeuroLexsao1582628662 , sao429277527
Términos anatómicos de la neuroanatomía
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Cómo los sonidos se abren camino desde la fuente hasta tu cerebro

En los mamíferos , las células ciliadas auditivas se encuentran dentro del órgano espiral de Corti en la delgada membrana basilar de la cóclea del oído interno . Derivan su nombre de los mechones de estereocilios llamados haces de pelo que sobresalen de la superficie apical de la célula hacia el conducto coclear lleno de líquido . El número de estereocilios va de 50 a 100 en cada célula, mientras que están muy empaquetados [2] y disminuyen de tamaño cuanto más lejos se encuentran del kinocilium . [3] Los mechones de cabello están dispuestos como columnas rígidas que se mueven en su base en respuesta a los estímulos aplicados a las puntas. [4]

Las células ciliadas cocleares de mamíferos son de dos tipos anatómica y funcionalmente distintos, conocidos como células ciliadas externas e internas. El daño a estas células ciliadas da como resultado una disminución de la sensibilidad auditiva y, dado que las células ciliadas del oído interno no pueden regenerarse , este daño es permanente. [5] Sin embargo, otros organismos, como el pez cebra que se estudia con frecuencia , y las aves tienen células ciliadas que pueden regenerarse. [6] [7] La cóclea humana contiene alrededor de 3.500 células ciliadas internas y 12.000 células ciliadas externas al nacer. [8]

Las células ciliadas externas amplifican mecánicamente el sonido de bajo nivel que ingresa a la cóclea . [9] [10] La amplificación puede ser impulsada por el movimiento de sus mechones de cabello o por una motilidad impulsada eléctricamente de sus cuerpos celulares. Esta llamada electromotilidad somática amplifica el sonido en todos los vertebrados terrestres. Se ve afectado por el mecanismo de cierre de los canales iónicos sensoriales mecánicos en las puntas de los mechones de cabello. [ cita requerida ]

Las células ciliadas internas transforman las vibraciones sonoras en los fluidos de la cóclea en señales eléctricas que luego se transmiten a través del nervio auditivo al tronco cerebral auditivo y a la corteza auditiva .

Sección a través del órgano de Corti , mostrando las células ciliadas internas y externas.

La desviación de los estereocilios de las células ciliadas abre canales iónicos con compuerta mecánica que permiten que los iones pequeños cargados positivamente (principalmente potasio y calcio ) entren en la célula. [11] A diferencia de muchas otras células eléctricamente activas, la célula ciliada en sí no dispara un potencial de acción . En cambio, la entrada de iones positivos de la endolinfa en la escala media despolariza la célula, lo que da como resultado un potencial receptor . Este potencial receptor abre canales de calcio dependientes de voltaje ; Los iones de calcio luego ingresan a la célula y desencadenan la liberación de neurotransmisores en el extremo basal de la célula. Los neurotransmisores se difunden a través del estrecho espacio entre la célula pilosa y una terminal nerviosa, donde luego se unen a los receptores y desencadenan potenciales de acción en el nervio. De esta manera, la señal de sonido mecánica se convierte en una señal nerviosa eléctrica. La repolarización de las células ciliadas se realiza de manera especial. La perilinfa en la scala tympani tiene una concentración muy baja de iones positivos. El gradiente electroquímico hace que los iones positivos fluyan a través de canales hacia la perilinfa.

Las células ciliadas pierden Ca 2+ de forma crónica . Esta fuga provoca una liberación tónica de neurotransmisor a las sinapsis. Se cree que esta liberación de tónico es lo que permite que las células ciliadas respondan tan rápidamente en respuesta a estímulos mecánicos. La rapidez de la respuesta de las células ciliadas también puede deberse al hecho de que puede aumentar la cantidad de neurotransmisores liberados en respuesta a un cambio de tan solo 100 μV en el potencial de membrana. [12]

Las células ciliadas también pueden distinguir tonos a través de uno de dos métodos. El primer método utiliza resonancia eléctrica en la membrana basolateral de la célula pilosa. La resonancia eléctrica de este método aparece como una oscilación amortiguada del potencial de membrana que responde a un pulso de corriente aplicado. El segundo método utiliza diferencias tonotópicas de la membrana basilar. Esta diferencia proviene de las diferentes ubicaciones de las células ciliadas. Las células ciliadas que tienen resonancia de alta frecuencia se encuentran en el extremo basal, mientras que las células ciliadas que tienen una resonancia de frecuencia significativamente más baja se encuentran en el extremo apical del epitelio . [13]

En las células ciliadas externas de los mamíferos, el potencial receptor variable se convierte en vibraciones activas del cuerpo celular. Esta respuesta mecánica a las señales eléctricas se denomina electromotilidad somática; [14] impulsa variaciones en la longitud de la celda, sincronizada con la señal de sonido entrante, y proporciona amplificación mecánica por retroalimentación a la onda viajera. [15]

Las células ciliadas externas se encuentran solo en mamíferos. Si bien la sensibilidad auditiva de los mamíferos es similar a la de otras clases de vertebrados, sin las células ciliadas externas en funcionamiento, la sensibilidad disminuye en aproximadamente 50 dB [ cita requerida ] . Las células ciliadas externas extienden el rango de audición a aproximadamente 200 kHz en algunos mamíferos marinos. [16] También han mejorado la selectividad de frecuencia (discriminación de frecuencia), que es de particular beneficio para los humanos, ya que permitió un habla y música sofisticadas. Las células ciliadas externas son funcionales incluso después de que se agotan las reservas celulares de ATP. [14]

El efecto de este sistema es amplificar de forma no lineal los sonidos silenciosos más que los grandes, de modo que una amplia gama de presiones sonoras se puede reducir a una gama mucho más pequeña de desplazamientos del cabello. [17] Esta propiedad de amplificación se llama amplificador coclear .

La biología molecular de las células ciliadas ha experimentado un progreso considerable en los últimos años, con la identificación de la proteína motora ( prestina ) que subyace a la electromotilidad somática en las células ciliadas externas. Se ha demostrado que la función de la prestina depende de la señalización del canal de cloruro y que está comprometida por el plaguicida marino común tributilestaño . Debido a que esta clase de contaminante se bioconcentra en la cadena alimentaria, el efecto es pronunciado en los principales depredadores marinos, como las orcas y las ballenas dentadas . [18]

La entrada de iones de calcio juega un papel importante para que las células ciliadas se adapten a la amplificación de la señal. Esto permite a los humanos ignorar los sonidos constantes que ya no son nuevos y nos permite estar atentos a otros cambios en nuestro entorno. El mecanismo de adaptación clave proviene de una proteína motora miosina-1c que permite una adaptación lenta, proporciona tensión para sensibilizar los canales de transducción y también participa en el aparato de transducción de señales. [19] [20] Investigaciones más recientes ahora muestran que la unión sensible al calcio de la calmodulina a la miosina-1c en realidad podría modular la interacción del motor de adaptación con otros componentes del aparato de transducción también. [21] [22]

Adaptación rápida: durante la adaptación rápida, los iones de Ca 2+ que entran en un estereocilio a través de un canal MET abierto se unen rápidamente a un sitio en o cerca del canal e inducen el cierre del canal. Cuando los canales se cierran, la tensión aumenta en el enlace de la punta , tirando del paquete en la dirección opuesta. [19] La adaptación rápida es más prominente en las células ciliadas de detección auditiva y del sonido, más bien en las células vestibulares.

Adaptación lenta: el modelo dominante sugiere que la adaptación lenta se produce cuando la miosina-1c se desliza por el estereocilio en respuesta a una tensión elevada durante el desplazamiento del haz. [19] La tensión disminuida resultante en el enlace de la punta permite que el paquete se mueva más en la dirección opuesta. A medida que la tensión disminuye, los canales se cierran, produciendo la disminución de la corriente de transducción. [19] La adaptación lenta es más prominente en las células ciliadas vestibulares que detectan el movimiento espacial y menos en las células ciliadas cocleares que detectan señales auditivas. [20]

Las neuronas del nervio auditivo o vestibulococlear (el octavo par craneal ) inervan las células ciliadas cocleares y vestibulares. [23] Se cree que el neurotransmisor liberado por las células ciliadas que estimula las neuritas terminales de los axones periféricos de las neuronas aferentes (hacia el cerebro) es glutamato . En la unión presináptica, hay un cuerpo denso presináptico distinto o una cinta . Este cuerpo denso está rodeado de vesículas sinápticas y se cree que ayuda en la liberación rápida de neurotransmisores.

La inervación de las fibras nerviosas es mucho más densa para las células ciliadas internas que para las externas. Una sola célula ciliada interna está inervada por numerosas fibras nerviosas, mientras que una sola fibra nerviosa inerva muchas células ciliadas externas. Las fibras nerviosas de las células ciliadas internas también están muy mielinizadas, lo que contrasta con las fibras nerviosas de las células ciliadas externas amielínicas. La región de la membrana basilar que suministra las entradas a una fibra nerviosa aferente particular puede considerarse su campo receptivo .

Las proyecciones eferentes del cerebro a la cóclea también juegan un papel en la percepción del sonido. Las sinapsis eferentes ocurren en las células ciliadas externas y en los axones aferentes debajo de las células ciliadas internas. El botón terminal presináptico está lleno de vesículas que contienen acetilcolina y un neuropéptido llamado péptido relacionado con el gen de la calcitonina . Los efectos de estos compuestos varían, en algunas células ciliadas la acetilcolina hiperpolariza la célula, lo que reduce la sensibilidad de la cóclea localmente.

La investigación sobre el recrecimiento de las células cocleares puede conducir a tratamientos médicos que restauren la audición. A diferencia de las aves y los peces, los humanos y otros mamíferos generalmente son incapaces de regenerar las células del oído interno que convierten el sonido en señales neuronales cuando esas células están dañadas por la edad o la enfermedad. [7] [24] Los investigadores están logrando avances en la terapia génica y la terapia con células madre que pueden permitir la regeneración de las células dañadas. Debido a que se ha descubierto que las células ciliadas de los sistemas auditivo y vestibular en aves y peces se regeneran, su capacidad se ha estudiado en profundidad. [7] [25] Además, se ha demostrado que las células ciliadas de la línea lateral , que tienen una función de mecanotransducción , vuelven a crecer en organismos, como el pez cebra . [26]

Los investigadores han identificado un gen de mamífero que normalmente actúa como un interruptor molecular para bloquear el recrecimiento de las células ciliadas cocleares en adultos. [27] El gen Rb1 codifica la proteína del retinoblastoma , que es un supresor de tumores . Rb evita que las células se dividan fomentando su salida del ciclo celular. [28] [29] No solo las células ciliadas en una placa de cultivo se regeneran cuando se elimina el gen Rb1, sino que los ratones criados para que no tengan el gen desarrollan más células ciliadas que los ratones de control que tienen el gen. Además, se ha demostrado que la proteína hedgehog sónica bloquea la actividad de la proteína del retinoblastoma , lo que induce la reentrada del ciclo celular y el recrecimiento de nuevas células. [30]

También se ha descubierto que el inhibidor del ciclo celular p27kip1 ( CDKN1B ) estimula el recrecimiento de las células ciliadas cocleares en ratones después de la deleción genética o la eliminación con ARNip dirigido a p27. [31] [32] La investigación sobre la regeneración de las células ciliadas puede acercarnos al tratamiento clínico para la pérdida auditiva humana causada por el daño o la muerte de las células ciliadas.

  • La lámina reticularis y estructuras subyacentes.

  • Estereocilia del oído interno de la rana

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