Los gliotransmisores son sustancias químicas liberadas por las células gliales que facilitan la comunicación neuronal entre las neuronas y otras células gliales. Por lo general, se inducen a partir de la señalización de Ca 2+ , [1] aunque investigaciones recientes han cuestionado el papel del Ca 2+ en los gliotransmisores y pueden requerir una revisión de la relevancia de los gliotransmisores en la señalización neuronal en general. [2]
Si bien los gliotransmisores pueden liberarse de cualquier célula de la glía, incluidos los oligodendrocitos , los astrocitos y la microglía , se liberan principalmente de los astrocitos. [ cita requerida ] Los astrocitos dependen de las uniones gap para el acoplamiento y tienen forma de estrella, lo que les permite entrar en contacto con muchas otras sinapsis en varias regiones del cerebro. Su estructura también los hace capaces de señalización bidireccional. Se estima que los astrocitos pueden entrar en contacto con más de 100.000 sinapsis, lo que les permite desempeñar un papel fundamental en la transmisión sináptica. [1]Si bien la gliotransmisión ocurre principalmente entre astrocitos y neuronas, la gliotransmisión no se limita a estos dos tipos de células. [3] Además del sistema nervioso central, la gliotransmisión también ocurre entre las terminales nerviosas motoras y las células de Schwann en el sistema nervioso periférico. Otro caso de gliotransmisión tiene lugar entre las células gliales de la retina, llamadas células de Müller , y las neuronas de la retina. [3]
Función
La palabra "glía" ilustra la creencia original entre los científicos de que estas células juegan un papel pasivo en la señalización neuronal, siendo responsables únicamente de la estructura neuronal y el soporte dentro del cerebro. [4] Las células gliales no pueden producir potenciales de acción y, por lo tanto, no se sospechaba que desempeñaran un papel comunicativo importante y activo en el sistema nervioso central, porque la transmisión sináptica entre neuronas se inicia con un potencial de acción. Sin embargo, la investigación muestra que estas células expresan excitabilidad con cambios en las concentraciones intracelulares de Ca 2+ . La gliotransmisión se produce debido a la capacidad de las células gliales para inducir excitabilidad con variaciones en las concentraciones de Ca 2+ . Los cambios en la concentración de Ca 2+ se correlacionan con las corrientes de las neuronas mediadas por el receptor de NMDA que se miden en las neuronas vecinas del tálamo ventrobasal (VB). [3] Debido a que las células gliales superan en gran medida a las neuronas en el cerebro, que representan más del 70% de todas las células del sistema nervioso central, los gliotransmisores liberados por los astrocitos tienen el potencial de ser muy influyentes e importantes dentro del sistema nervioso central, así como dentro de otros sistemas neuronales en todo el cuerpo. [5] Estas células no solo llevan a cabo funciones de soporte estructural, sino que también pueden participar en la comunicación de célula a célula con neuronas, microglía y otros astrocitos al recibir entradas, organizar información y enviar señales químicas. [5] La señal de Ca 2+ del astrocito también puede participar en el control del flujo sanguíneo en el cerebro. [3]
Se ha demostrado que los gliotransmisores controlan el desarrollo de la sinapsis y regulan la función sináptica, y su liberación puede conducir a acciones paracrinas sobre los astrocitos, así como a la regulación de la neurotransmisión. [1] La definición de un gliotransmisor no solo se define por su presencia en las células gliales, sino que está determinada por otros factores, incluida su vía metabólica. [6] Además, la función de los gliotransmisores varía según su tipo, y cada gliotransmisor tiene un receptor y una acción diana específicos.
Las células gliales son importantes en la función hormonal y neuroendocrina del sistema nervioso central y tienen un papel activo en el sueño, la cognición, la función sináptica y la plasticidad, y promueven la remielinización y regeneración del tejido nervioso lesionado. [4] Otras funciones incluyen la regulación de las neuronas neurosecretoras y la liberación de hormonas.
Tipos de gliotransmisores
Los principales tipos de gliotransmisores liberados por los astrocitos incluyen glutamato y ATP . El glutamato es el principal neurotransmisor excitador dentro del sistema nervioso central que también puede definirse como un gliotransmisor debido a su capacidad para aumentar las concentraciones de Ca 2+ citosólico en los astrocitos. [7] [8] Sus principales receptores diana incluyen los receptores de Kainato, los receptores metabotrópicos de glutamato (mGluR) y especialmente los receptores de N-metil D-aspartato (NMDAR). [1] [9] Los NMDAR son receptores glutamatérgicos que desempeñan un papel importante en la plasticidad sináptica. [1] Otras funciones de este gliotransmisor incluyen la despolarización sincrónica, que aumenta la frecuencia de las corrientes postsinápticas y también aumenta la probabilidad de liberación y la frecuencia de las corrientes postsinápticas dependientes del receptor AMPA. [1] Los NMDAR están controlados por un receptor de canal dependiente de voltaje que está bloqueado por magnesio. [7] El calcio puede ingresar a través de los canales NMDAR debido a la despolarización de la célula, que elimina el bloqueo de magnesio y, por lo tanto, activa estos receptores. [7]
El ATP es un gliotransmisor que se libera de los astrocitos y restringe la actividad neuronal. El ATP se dirige a los receptores P2X, P2Y y A1. [1] El ATP tiene varias funciones como gliotransmisor, incluida la inserción de receptores AMPA en la terminal postsináptica, la actividad paracrina a través de ondas de calcio en los astrocitos y la supresión de la transmisión sináptica. [1] La actividad neuronal está controlada en la retina por la capacidad de la molécula de hiperpolarizar la neurona convirtiéndola de ATP en adenosina. [8] El ATP desempeña un papel en la facilitación de la neuroinflamación y remielinización al entrar en el espacio extracelular de la célula tras la lesión para activar los receptores purinérgicos, que aumentan la producción de gliotransmisores. [10] El mecanismo de liberación de ATP de los astrocitos no se conoce bien. Aunque no está claro si la gliotransmisión mediada por ATP es o no dependiente del calcio, se cree que la liberación de ATP depende en parte de las proteínas Ca 2+ y SNARE e implica múltiples vías, siendo la exocitosis el método de liberación sugerido. [5] [8]
Otros gliotransmisores menos comunes incluyen:
- ácido homocisteico , un agonista endógeno del receptor del ácido N-metil- (D) -aspártico ( NMDA R)
- taurina
- factor natriurético auricular (ANF)
- factor de necrosis tumoral alfa (TNF-alfa)
- GABA . [11]
Comunicación de celda a celda
Si bien la neurotransmisión se define como el intercambio de información entre neuronas, la gliotransmisión no se produce simplemente entre astrocitos, sino también entre astrocitos, neuronas y microglia. [5] Entre los astrocitos, se puede iniciar una " onda Ca [2+] " de actividad, incluso cuando no están en contacto entre sí, estimulando la liberación de gliotransmisores. [5]
La gliotransmisión también puede ocurrir entre dos tipos de células gliales: astrocitos y microglia. [5] Las ondas de calcio dentro de la matriz intracelular del astrocito pueden causar una respuesta en la microglía con la presencia de ATP en la matriz extracelular. Un estudio demostró que una estimulación mecánica hizo que los astrocitos liberaran ATP, lo que a su vez provocó una respuesta retardada del calcio en la microglía, lo que sugiere que la comunicación de astrocitos a microglía podría estar mediada por ATP. [5]
La comunicación entre astrocitos y neuronas es muy importante en la función neuronal. [5] La “sinapsis tripartita” es el ejemplo más común de comunicación intercelular entre astrocitos y neuronas, e involucra las terminales presinápticas y postsinápticas de dos neuronas y un astrocito. Los astrocitos tienen la capacidad de modular la actividad neuronal, ya sea excitando o inhibiendo la transmisión sináptica, dependiendo del tipo de gliotransmisor liberado, específicamente glutamato, que típicamente tiene una influencia excitadora en las neuronas, o ATP, que ha demostrado inhibir típicamente ciertas funciones presinápticas de las neuronas. [5]
Sinapsis tripartita
El hecho de que la liberación de gliotransmisores a través de elevaciones de calcio provoque una transmisión sináptica conduce a la idea de la "sinapsis tripartita". [12] La sinapsis tripartita implica la localización de astrocitos y sinapsis y es un concepto de fisiología sináptica en el que hay tres partes de una sinapsis: la terminal presináptica, la terminal postsináptica y un astrocito entre ellas. [3] Un modelo de la sinapsis tripartita muestra las terminales presináptica y postsináptica adyacentes, que el astrocito envuelve alrededor de la terminal postsináptica. [1] Sin embargo, la localización y distribución espacial de los tres elementos de la sinapsis tripartita varían en diferentes regiones del cerebro. Los canales de potasio entre el astrocito y el terminal presináptico permiten la liberación de iones K + y evitan la acumulación después de la actividad neuronal. Además, la liberación de neurotransmisores de las vesículas presinápticas activa los receptores metabotrópicos en el astrocito, que luego provoca la liberación de gliotransmisores de los astrocitos de la célula. [1]
El astrocito es bidireccional, lo que significa que puede comunicarse e intercambiar información con elementos tanto presinápticos como postsinápticos. La comunicación está controlada principalmente por el cambio en las concentraciones de Ca 2+ , lo que provoca excitabilidad dentro del astrocito. [3] La capacidad de un ser humano para responder al cambio tanto en el entorno externo como en el interno aumenta debido a la regulación hormonal de la sinapsis tripartita. [4]
Roles en salud y enfermedad
Se cree que un aumento de la gliotransmisión puede contribuir a la epilepsia, mientras que una disminución puede contribuir a la esquizofrenia. [1] Además, se ha demostrado que contar el número de astrocitos es útil; los pacientes con depresión tienen un recuento de células de astrocitos más bajo. Una mayor investigación y comprensión de la correlación entre la gliotransmisión y los trastornos neurológicos podría conducir a nuevos objetivos para el tratamiento terapéutico en el cerebro. [1] Los estudios también han demostrado que la estimulación aumentada y disminuida de los NMDAR, que está controlada por los astrocitos, desempeña un papel en varios trastornos neurodegenerativos. Estos incluyen las enfermedades de Alzheimer, Parkinson y Huntington, así como esquizofrenia, accidente cerebrovascular y epilepsia. [6]
Se cree que ciertos trastornos, particularmente la esquizofrenia y la epilepsia, pueden ser causados parcialmente por niveles variables de gliotransmisión y excitabilidad del calcio. [1] Una teoría, llamada hipótesis del glutamato de la esquizofrenia, sugiere que se cree que la deficiencia de glutamato, que conduce a la disfunción de los NMDAR en la terminal presináptica, causa síntomas de esquizofrenia. Según la investigación, se ha demostrado que esta hipofuncionalidad de los NMDAR es causada por cantidades más bajas de gliotransmisión facilitada por la D-serina. Más recientemente, se ha demostrado que la D-serina y la serina racemasa ocurren casi exclusivamente en neuronas, que no apoyan un papel de la D-serina como gliotransmisor. El hecho de que la cicloserina, que actúa como agonista del sitio de unión del NMDAR, se utilice en el tratamiento de pacientes con esquizofrenia apoya aún más la hipótesis del glutamato. En el caso de la epilepsia, se sabe que el glutamato juega un papel en las despolarizaciones sincrónicas. [1] Esto ha llevado a los investigadores a creer que la excitación de las descargas epilépticas puede ser causada por la gliotransmisión mediada por glutamato. Aunque algunos estudios muestran que todas las excitaciones causadas por la gliotransmisión conducen a descargas epilépticas, posiblemente podría aumentar la intensidad de la duración de la actividad epileptiforme. [1]
Los 5 transmisores mencionados en primer lugar son principalmente excitadores y, por lo tanto, pueden conducir a la apoptosis neural a través de la excitotoxicidad cuando se expresan en grandes cantidades. [1] De las enfermedades neurodegenerativas, existe evidencia al menos de la enfermedad de Alzheimer que apunta a un aumento de la activación glial y de la cantidad (tanto de la glía como de los astrocitos) que acompaña a la disminución simultánea del número de neuronas. [13] Se plantea la hipótesis de que las cantidades excesivas del gliotransmisor TNF, documentado en el líquido cefalorraquídeo en la enfermedad de Alzheimer, desempeñan un papel en la patogenia de este trastorno, quizás al desregular los mecanismos sinápticos modulados por el TNF. [14]
Ver también
- Neurotransmisor
- Neurotransmisión
Referencias
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