El nombre de células granulares se ha utilizado para varios tipos diferentes de neuronas cuya única característica común es que todas tienen cuerpos celulares muy pequeños . Las células granulares se encuentran dentro de la capa granular del cerebelo , la circunvolución dentada del hipocampo , la capa superficial del núcleo coclear dorsal , el bulbo olfatorio y la corteza cerebral .
Las células granulares cerebelosas representan la mayoría de las neuronas del cerebro humano. [1] Estas células granulares reciben información excitadora de fibras musgosas que se originan en los núcleos pontinos . Las células granulares cerebelosas se proyectan hacia arriba a través de la capa de Purkinje hacia la capa molecular donde se ramifican en fibras paralelas que se extienden a través de los arbustos dendríticos de las células de Purkinje . Estas fibras paralelas forman miles de sinapsis excitadoras entre células granulares y células de Purkinje en las dendritas intermedias y distales de las células de Purkinje utilizando glutamato como neurotransmisor .
Las células granulares de la capa 4 de la corteza cerebral reciben impulsos del tálamo y envían proyecciones a las capas supragranulares 2-3, pero también a las capas infragranulares de la corteza cerebral.
Estructura
Las células granulares en diferentes regiones del cerebro son funcional y anatómicamente diversas: lo único que tienen en común es la pequeñez. Por ejemplo, las células granulares del bulbo olfatorio son GABAérgicas y sin axón, mientras que las células granulares en la circunvolución dentada tienen axones de proyección glutamatérgica . Estas dos poblaciones de células granulares son también las únicas poblaciones neuronales importantes que se someten a neurogénesis adulta , mientras que las células granulares cerebelosas y corticales no. Las células granulares (salvo las del bulbo olfatorio) tienen una estructura típica de una neurona que consta de dendritas , un soma (cuerpo celular) y un axón.
Dendritas : cada célula granular tiene 3 a 4 dendritas rechonchas que terminan en una garra. Cada una de las dendritas tiene solo unos 15 μm de longitud.
Soma : las células granulares tienen todas un diámetro de soma pequeño de aproximadamente 10 μm.
Axón : cada célula granular envía un solo axón al árbol dendrítico de la célula de Purkinje. [ cita requerida ] El axón tiene un diámetro extremadamente estrecho: ½ micrómetro.
Sinapsis : entre 100 y 300 000 axones de células granulares hacen sinapsis en una sola célula de Purkinje . [ cita requerida ]
La existencia de uniones gap entre las células granulares permite que múltiples neuronas se acoplen entre sí, lo que permite que múltiples células actúen en sincronía y permitan las funciones de señalización necesarias para que se produzca el desarrollo de las células granulares. [2]
Célula granular cerebelosa
Las células granulares, producidas por el labio rómbico , se encuentran en la capa de células granulares de la corteza cerebelosa . Son pequeños y numerosos. Se caracterizan por un soma muy pequeño y varias dendritas cortas que terminan con terminaciones en forma de garra. En el microscopio electrónico de transmisión , estas células se caracterizan por un núcleo teñido de oscuro rodeado por un borde delgado de citoplasma. El axón asciende a la capa molecular donde se divide para formar fibras paralelas . [1]
Célula granular de la circunvolución dentada
El principal tipo de célula de la circunvolución dentada es la célula granular. La célula granular de la circunvolución dentada tiene un cuerpo celular elíptico con un ancho de aproximadamente 10 μm y una altura de 18 μm. [3]
La célula granular tiene un árbol en forma de cono característico de dendritas apicales espinosas . Las ramas dendríticas se proyectan a lo largo de toda la capa molecular y las puntas más alejadas del árbol dendrítico terminan justo en la fisura del hipocampo o en la superficie ventricular. [4] Las células granulares están muy empaquetadas en la capa de células granulares de la circunvolución dentada.
Célula granular del núcleo coclear dorsal
Las células granulares del núcleo coclear dorsal son pequeñas neuronas con dos o tres dendritas cortas que dan lugar a unas pocas ramas con expansiones en los terminales. Las dendritas son cortas con terminaciones en forma de garra que forman glomérulos para recibir fibras musgosas , similares a las células granulares del cerebelo. [5] Su axón se proyecta a la capa molecular del núcleo coclear dorsal donde forma fibras paralelas, también similares a las células granulares del cerebelo. [6] Las células granulares cocleares dorsales son pequeñas interneuronas excitadoras que están relacionadas con el desarrollo y, por lo tanto, se asemejan a las células granulares cerebelosas.
Célula granular del bulbo olfatorio
La principal célula granular intrínseca del bulbo olfatorio de los vertebrados carece de axón (al igual que la neurona accesoria). Cada célula da lugar a dendritas centrales cortas y una sola dendrita apical larga que se expande hacia la capa de células granulares y entra en la capa del cuerpo de la célula mitral . Las ramas dendríticas terminan dentro de la capa plexiforme externa entre las dendritas en el tracto olfatorio . [7] En el bulbo olfatorio de los mamíferos, las células granulares pueden procesar tanto la entrada como la salida sináptica debido a la presencia de grandes espinas. [8]
Función
Vías y circuitos neuronales del cerebelo
Las células granulares cerebelosas reciben impulsos excitadores de 3 o 4 fibras musgosas que se originan en los núcleos pontinos . Las fibras musgosas hacen una conexión excitadora en las células granulares que hacen que la célula granular dispare un potencial de acción.
El axón de una célula granular cerebelosa se divide para formar una fibra paralela que inerva las células de Purkinje . La gran mayoría de las sinapsis axonales de las células granulares se encuentran en las fibras paralelas. [9]
Las fibras paralelas se envían a través de la capa de Purkinje a la capa molecular donde se ramifican y se extienden a través de los cenadores dendríticos de las células de Purkinje. Estas fibras paralelas forman miles de sinapsis excitadoras de células granulares-células de Purkinje en las dendritas de las células de Purkinje.
Esta conexión es excitadora a medida que se libera glutamato .
Las fibras paralelas y las sinapsis del axón ascendente de la misma célula granular se activan en sincronía, lo que da como resultado señales excitadoras. En la corteza cerebelosa hay una variedad de neuronas inhibidoras ( interneuronas ). Las únicas neuronas excitadoras presentes en la corteza cerebelosa son las células granulares. [10]
Se cree que la plasticidad de la sinapsis entre una fibra paralela y una célula de Purkinje es importante para el aprendizaje motor . [11] La función de los circuitos cerebelosos depende completamente de los procesos llevados a cabo por la capa granular. Por tanto, la función de las células granulares determina la función cerebelosa en su conjunto. [12]
Aporte de fibra musgosa en las células granulares del cerebelo
Las dendritas de células granulares también hacen sinapsis con axones amielínicos distintivos que Santiago Ramón y Cajal denominó fibras musgosas [4] Las fibras musgosas y las células de Golgi hacen conexiones sinápticas con las células granulares. Juntas, estas células forman los glomérulos. [10]
Las células granulares están sujetas a la inhibición de la retroalimentación : las células granulares excitan las células de Purkinje pero también excitan las interneuronas GABAérgicas que inhiben las células de Purkinje.
Las células granulares también están sujetas a inhibición por retroalimentación : las células de Golgi reciben estímulos excitadores de las células granulares y, a su vez, envían señales inhibitorias a la célula granular. [13]
Los códigos de entrada de fibra musgosa se conservan durante la transmisión sináptica entre células granulares, lo que sugiere que la inervación es específica de la entrada que se recibe. [14] Las células granulosas no solo transmiten señales de fibras musgosas, sino que realizan diversas e intrincadas transformaciones que se requieren en el dominio espacio-temporal. [10]
Cada celda de gránulos recibe una entrada de dos entradas diferentes de fibra musgosa. Por lo tanto, la entrada proviene de dos lugares diferentes en lugar de que la celda granular reciba múltiples entradas de la misma fuente.
Las diferencias en las fibras musgosas que envían señales a las células granulares afectan directamente el tipo de información que las células granulares traducen a las células de Purkinje. La fiabilidad de esta traducción dependerá de la fiabilidad de la actividad sináptica en las células granulares y de la naturaleza del estímulo recibido. [15] La señal que recibe una célula granular de una fibra musgosa depende de la función de la fibra musgosa misma. Por lo tanto, las células granulares son capaces de integrar información de las diferentes fibras musgosas y generar nuevos patrones de actividad. [15]
Aporte de fibra trepadora en las células granulares del cerebelo
Diferentes patrones de entrada de fibra musgosa producirán patrones únicos de actividad en las células granulares que pueden modificarse mediante una señal de enseñanza transmitida por la entrada de fibra trepadora . David Marr y James Albus sugirieron que el cerebelo funciona como un filtro adaptativo, alterando el comportamiento motor según la naturaleza de la información sensorial.
Dado que varias células granulares (~ 200.000) forman sinapsis en una sola célula de Purkinje, los efectos de cada fibra paralela se pueden alterar en respuesta a una "señal del maestro" de la entrada de la fibra trepadora.
Funciones específicas de diferentes células granulares.
- Células granulares del cerebelo
David Marr sugirió que las células granulares codifican combinaciones de entradas de fibra musgosa. Para que la célula granular responda, necesita recibir entradas activas de múltiples fibras cubiertas de musgo. La combinación de múltiples entradas da como resultado que el cerebelo pueda hacer distinciones más precisas entre los patrones de entrada de lo que permitiría una sola fibra musgosa. [16] Las células granulares del cerebelo también desempeñan un papel en la orquestación de las conductancias tónicas que controlan el sueño junto con los niveles ambientales de GABA que se encuentran en el cerebro.
- Células granulares dentadas
La pérdida de las neuronas de la circunvolución dentada del hipocampo da como resultado un déficit de memoria espacial. Por lo tanto, se cree que las células granulares dentadas funcionan en la formación de memorias espaciales [17] y de memorias episódicas. [18] Las células granulares dentadas inmaduras y maduras tienen funciones distintas en la función de la memoria. Se cree que las células granulares nacidas en adultos están involucradas en la separación del patrón, mientras que las células granulares viejas contribuyen a completar el patrón rápidamente. [19]
- Células granulares cocleares dorsales
Las células piramidales de la corteza auditiva primaria se proyectan directamente sobre el núcleo coclear. Esto es importante en el reflejo de sobresalto acústico , en el que las células piramidales modulan el reflejo de orientación secundario y la entrada de las células granulares es responsable de la orientación adecuada. [20] Esto se debe a que las señales recibidas por las células granulares contienen información sobre la posición de la cabeza. Las células granulares del núcleo coclear dorsal juegan un papel en la percepción y respuesta a los sonidos en nuestro entorno.
- Células granulares del bulbo olfatorio
La inhibición generada por las células granulares, el tipo de célula GABAérgica más común en el bulbo olfatorio, juega un papel crítico en la configuración de la salida del bulbo olfatorio. [21] Hay dos tipos de impulsos excitadores recibidos por las células granulares GABAérgicas ; los activados por un receptor AMPA y los activados por un receptor NMDA . Esto permite que las células granulares regulen el procesamiento de la información sensorial en el bulbo olfatorio. [21] El bulbo olfativo transmite información del olfato desde la nariz al cerebro y, por lo tanto, es necesario para un sentido del olfato adecuado. También se ha descubierto que las células granulares del bulbo olfatorio son importantes en la formación de recuerdos relacionados con los aromas. [22]
Factores críticos para la función
- Calcio
La dinámica del calcio es esencial para varias funciones de las células granulares, como el potencial de membrana cambiante , la plasticidad sináptica , la apoptosis y la regulación de la transcripción de genes . [10] La naturaleza de las señales de calcio que controlan la función presináptica y postsináptica de las espinas de las células granulares del bulbo olfatorio se desconoce en su mayor parte. [8]
- Óxido nítrico
Las neuronas granulares tienen niveles elevados de la isoforma neuronal de la óxido nítrico sintasa . Esta enzima depende de la presencia de calcio y es responsable de la producción de óxido nítrico (NO). Este neurotransmisor es un regulador negativo de la proliferación de precursores de células granulares que promueve la diferenciación de diferentes células granulares. El NO regula las interacciones entre las células granulares y la glía [10] y es esencial para proteger las células granulares del daño. NO también es responsable de la neuroplasticidad y el aprendizaje motor . [23]
Papel en la enfermedad
Morfología alterada de las células granulares dentadas
TrkB es responsable del mantenimiento de la conectividad sináptica normal de las células granulares dentadas. TrkB también regula la morfología específica (biología) de las células granulares y, por lo tanto, se dice que es importante para regular el desarrollo neuronal, la plasticidad neuronal, el aprendizaje y el desarrollo de la epilepsia . [24] La regulación TrkB de las células granulares es importante para prevenir los déficits de memoria y la epilepsia límbica. Esto se debe al hecho de que las células granulares dentadas desempeñan un papel fundamental en la función del circuito entorrinal-hipocampal en la salud y la enfermedad. Las células granulares dentadas están situadas para regular el flujo de información hacia el hipocampo , una estructura necesaria para el aprendizaje y la memoria normales. [24]
Disminución de la neurogénesis de células granulares.
Tanto la epilepsia como la depresión muestran una producción interrumpida de células granulares del hipocampo nacidas en adultos. [25] La epilepsia se asocia con un aumento de la producción, pero con una integración aberrante, de nuevas células al comienzo de la enfermedad y una disminución de la producción al final de la enfermedad. [25] La integración aberrante de las células generadas por adultos durante el desarrollo de la epilepsia puede afectar la capacidad de la circunvolución dentada para evitar que el exceso de actividad excitadora llegue a las células piramidales del hipocampo , promoviendo así las convulsiones. [25] Los ataques epilépticos de larga duración estimulan la neurogénesis de las células granulares dentadas. Estas células granulares dentadas recién nacidas pueden dar lugar a conexiones aberrantes que dan como resultado la plasticidad de la red del hipocampo asociada con la epileptogénesis . [26]
Dendritas de células granulares más cortas
Los pacientes que padecen Alzheimer tienen dendritas de células granulares más cortas. Además, las dendritas estaban menos ramificadas y tenían menos espinas que las de los pacientes que no padecían Alzheimer. [27] Sin embargo, las dendritas de células granulares no son un componente esencial de las placas seniles y estas placas no tienen un efecto directo sobre las células granulares en la circunvolución dentada. Los cambios neurofibrilares específicos de las células granulares dentadas se producen en pacientes que padecen Alzheimer, variante de cuerpos de Lewy y parálisis supranuclear progresiva . [28]
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enlaces externos
- Posición de las células granulares dentro de las capas de la corteza cerebelosa
- Arquitectura del cerebelo
- El cerebelo
- Imágenes de cortes de cerebro teñidas que incluyen las "células granulares" en el proyecto BrainMaps