Un potencial postsináptico inhibitorio ( IPSP ) es un tipo de potencial sináptico que hace que una neurona postsináptica tenga menos probabilidades de generar un potencial de acción . [1] Las IPSP fueron investigadas por primera vez en neuronas motoras por David PC Lloyd, John Eccles y Rodolfo Llinás en las décadas de 1950 y 1960. [2] [3] Lo opuesto a un potencial postsináptico inhibidor es un potencial postsináptico excitador (EPSP), que es un potencial sináptico que hace que una neurona postsináptica sea másEs probable que genere un potencial de acción. Los IPSP pueden tener lugar en todas las sinapsis químicas, que utilizan la secreción de neurotransmisores para crear la señalización de célula a célula. Las neuronas presinápticas inhibidoras liberan neurotransmisores que luego se unen a los receptores postsinápticos ; esto induce un cambio en la permeabilidad de la membrana neuronal postsináptica a iones particulares. Se genera una corriente eléctrica que cambia el potencial de membrana postsináptico para crear un potencial postsináptico más negativo , es decir, el potencial de membrana postsináptico se vuelve más negativo que el potencial de membrana en reposo, y esto se denomina hiperpolarización . Para generar un potencial de acción, la membrana postsináptica debe despolarizarse.—El potencial de membrana debe alcanzar un umbral de voltaje más positivo que el potencial de membrana en reposo. Por lo tanto, la hiperpolarización de la membrana postsináptica hace que sea menos probable que la despolarización ocurra lo suficiente como para generar un potencial de acción en la neurona postsináptica.
La despolarización también puede ocurrir debido a un IPSP si el potencial inverso se encuentra entre el umbral de reposo y el umbral del potencial de acción . Otra forma de ver los potenciales postsinápticos inhibidores es que también son un cambio en la conductancia del cloruro en la célula neuronal porque disminuye la fuerza impulsora. [4] Esto es porque, si el neurotransmisor liberado en la hendidura sináptica provoca un aumento en la permeabilidad de la membrana postsináptica a los iones de cloruro mediante la unión a ligando canales de iones de cloruro y haciendo que se abren, a continuación, los iones de cloruro, que son en mayor concentración en la hendidura sináptica, difusa en la neurona postsináptica. Como se trata de iones cargados negativamente, se produce una hiperpolarización, lo que hace menos probable que se genere un potencial de acción en la neurona postsináptica. Los microelectrodos se pueden utilizar para medir los potenciales postsinápticos en las sinapsis excitadoras o inhibidoras.
En general, un potencial postsináptico depende del tipo y combinación de canal receptor, potencial inverso del potencial postsináptico, voltaje umbral del potencial de acción , permeabilidad iónica del canal iónico, así como las concentraciones de iones dentro y fuera de la célula. ; esto determina si es excitador o inhibitorio. Los IPSP siempre quieren mantener el potencial de membrana más negativo que el umbral del potencial de acción y pueden verse como una "hiperpolarización transitoria".
[5] Los EPSP y los IPSP compiten entre sí en numerosas sinapsis de una neurona. Esto determina si el potencial de acción en la terminal presináptica se regenera o no en la membrana postsináptica. Algunos neurotransmisores comunes involucrados en IPSP son GABA y glicina .
Componentes
Tipos
Este sistema [1] IPSP se puede sumar temporalmente con EPSP subumbral o supraumbral para reducir la amplitud del potencial postsináptico resultante. Los EPSP equivalentes (positivos) y los IPSP (negativos) pueden cancelarse entre sí cuando se suman. El equilibrio entre los EPSP y los IPSP es muy importante en la integración de la información eléctrica producida por las sinapsis inhibidoras y excitadoras.
Factores
El tamaño de la neurona también puede afectar el potencial postsináptico inhibitorio. La suma temporal simple de los potenciales postsinápticos ocurre en neuronas más pequeñas, mientras que en neuronas más grandes un mayor número de sinapsis y receptores ionotrópicos, así como una mayor distancia de la sinapsis al soma, permite la prolongación de interacciones entre neuronas.
Moléculas inhibidoras
GABA es un neurotransmisor muy común utilizado en IPSP en el cerebro y la retina de mamíferos adultos. [1] [6] Los receptores GABA son pentámeros compuestos más comúnmente por tres subunidades diferentes (α, β, γ), aunque existen varias otras subunidades (δ, ε, θ, π, ρ) y conformaciones. Los canales abiertos son selectivamente permeables a los iones cloruro o potasio (según el tipo de receptor) y permiten que estos iones pasen a través de la membrana. Si el potencial electroquímico del ion es más negativo que el del umbral del potencial de acción, entonces el cambio de conductancia resultante que ocurre debido a la unión de GABA a sus receptores mantiene el potencial postsináptico más negativo que el umbral y disminuye la probabilidad de neurona postsináptica. completar un potencial de acción. Las moléculas y los receptores de glicina funcionan de la misma manera en la médula espinal, el cerebro y la retina.
Receptores inhibidores
Hay dos tipos de receptores inhibidores:
Receptores ionotrópicos
Los receptores ionotrópicos (también conocidos como canales iónicos activados por ligandos) desempeñan un papel importante en los potenciales postsinápticos inhibidores. [1] Un neurotransmisor se une al sitio extracelular y abre el canal iónico que está formado por un dominio que atraviesa la membrana y que permite que los iones fluyan a través de la membrana dentro de la célula postsináptica. Este tipo de receptor produce acciones postsinápticas muy rápidas dentro de un par de milisegundos después de que la terminal presináptica reciba un potencial de acción. Estos canales influyen en la amplitud y el curso temporal de los potenciales postsinápticos en su conjunto. Los receptores ionotrópicos GABA se utilizan en la unión de varios fármacos como barbitúricos ( fenobarbital , pentobarbital ), esteroides y picrotoxina . Las benzodiazepinas (Valium) se unen a las subunidades α y γ de los receptores GABA para mejorar la señalización GABAérgica. El alcohol también modula los receptores ionotrópicos GABA.
Receptores metabotrópicos
Los receptores metabotrópicos , a menudo receptores acoplados a proteínas G, no utilizan canales iónicos en su estructura; que, en cambio, se componen de un dominio extracelular que se une a un neurotransmisor y un dominio intracelular que se une a la proteína G . [1] Esto inicia la activación de la proteína G, que luego se libera del receptor e interactúa con los canales iónicos y otras proteínas para abrir o cerrar los canales iónicos a través de mensajeros intracelulares. Producen respuestas postsinápticas lentas (de milisegundos a minutos) y pueden activarse junto con receptores ionotrópicos para crear potenciales postsinápticos rápidos y lentos en una sinapsis en particular. Los receptores metabotrópicos GABA, heterodímeros de las subunidades R1 y R2, utilizan canales de potasio en lugar de cloruro. También pueden bloquear los canales de iones de calcio para hiperpolarizar las células postsinápticas.
Significado
Existen muchas aplicaciones de los potenciales postsinápticos inhibidores en el mundo real. Los medicamentos que afectan las acciones del neurotransmisor pueden tratar los trastornos neurológicos y psicológicos a través de diferentes combinaciones de tipos de receptores, proteínas G y canales iónicos en las neuronas postsinápticas.
Por ejemplo, se están realizando estudios que investigan la desensibilización del receptor mediado por receptores opioides y el tráfico en el locus cereleus del cerebro. Cuando se aplica una alta concentración de agonista durante un período prolongado (quince minutos o más), la hiperpolarización alcanza su punto máximo y luego disminuye. Esto es significativo porque es un preludio de la tolerancia; cuantos más opioides se necesiten para el dolor, mayor será la tolerancia del paciente. Estos estudios son importantes porque nos ayudan a aprender más sobre cómo lidiamos con el dolor y nuestras respuestas a diversas sustancias que ayudan a tratar el dolor. Al estudiar nuestra tolerancia al dolor, podemos desarrollar medicamentos más eficaces para el tratamiento del dolor. [7]
Además, se está investigando en el campo de las neuronas dopaminérgicas en el área tegmental ventral, que se ocupa de la recompensa, y la sustancia negra, que está involucrada con el movimiento y la motivación. Las respuestas metabotrópicas ocurren en las neuronas de dopamina a través de la regulación de la excitabilidad de las células. Los opioides inhiben la liberación de GABA; esto disminuye la cantidad de inhibición y les permite disparar espontáneamente. La morfina y los opioides se relacionan con potenciales postsinápticos inhibidores porque inducen la desinhibición en las neuronas dopaminérgicas. [7]
Los IPSP también se pueden utilizar para estudiar las características de entrada y salida de una sinapsis del prosencéfalo inhibitorio que se utiliza para estudiar más a fondo el comportamiento aprendido, por ejemplo, en un estudio sobre el aprendizaje del canto en aves en la Universidad de Washington. [8] Los trenes de Poisson de IPSP unitarios fueron inducidos a una alta frecuencia para reproducir picos postsinápticos en la porción medial del núcleo talámico dorsalateral sin ningún estímulo excitador adicional. Esto muestra un exceso de activación talámica GABAérgica. Esto es importante porque se necesita una sincronización de picos para la localización adecuada del sonido en las vías auditivas ascendentes. Los pájaros cantores utilizan terminales sinápticos cálcicos GABAérgicos y una sinapsis similar a un cáliz, de modo que cada célula del núcleo talámico dorsalateral recibe como máximo dos terminales axónicos de los ganglios basales para crear grandes corrientes postsinápticas.
Los potenciales postsinápticos inhibidores también se utilizan para estudiar los ganglios basales de los anfibios para ver cómo se modula la función motora a través de sus salidas inhibitorias desde el cuerpo estriado hasta el tectum y el tegmentum. [9] Los comportamientos guiados visualmente pueden regularse a través de la vía inhibitoria estriato-tegmental que se encuentra en los anfibios en un estudio realizado en la Facultad de Medicina de Baylor y la Academia de Ciencias de China. Los ganglios basales de los anfibios son muy importantes para recibir estímulos visuales, auditivos, olfativos y mecano-sensoriales; la vía desinhibitoria estriato-protecto-tectal es importante en los comportamientos de captura de presas de los anfibios. Cuando se estimuló eléctricamente el cuerpo estriado ipsolateral de un sapo adulto, se indujeron potenciales postsinápticos inhibidores en las neuronas tegmentales binoculares, lo que afecta el sistema visual del sapo.
Estudios
Los potenciales postsinápticos inhibidores pueden inhibirse por sí mismos mediante un proceso de señalización llamado " supresión de inhibición inducida por despolarización (DSI)" en las células piramidales CA1 y en las células cerebelosas de Purkinje. [10] [11] En un entorno de laboratorio, las despolarizaciones escalonadas del soma se han utilizado para crear DSI, pero también se puede lograr mediante la despolarización inducida sinápticamente de las dendritas. Las DSI pueden bloquearse mediante antagonistas de los canales de iones de calcio del receptor ionotrópico en los somas y las dendritas apicales proximales de las células piramidales CA1. Los potenciales postsinápticos inhibidores dendríticos pueden ser severamente reducidos por las DSI a través de la despolarización directa.
En este sentido, los potenciales postsinápticos inhibidores son útiles en la señalización del bulbo olfatorio a la corteza olfatoria . [12] Los EPSP se amplifican mediante la conductancia persistente de iones de sodio en las células con mechones externos . La conductancia de iones de calcio activado de bajo voltaje mejora los EPSP aún más grandes. La conductancia catiónica no selectiva activada por hiperpolarización disminuye la suma y la duración de EPSP y también cambian las entradas inhibitorias en excitación postsináptica. Las IPSP entran en escena cuando las membranas de las células en penacho se despolarizan y las IPSP causan inhibición. En el umbral de reposo, las IPSP inducen potenciales de acción. GABA es responsable de gran parte del trabajo de los IPSP en las células con mechones externos.
Otro estudio interesante de los potenciales postsinápticos inhibidores analiza las oscilaciones neuronales del ritmo theta que pueden usarse para representar fenómenos electrofisiológicos y diversos comportamientos. [13] [14] Los ritmos theta se encuentran en el hipocampo y la inhibición sináptica GABAérgica ayuda a modularlos. Dependen de IPSP y comienzan en CA3 por los receptores muscarínicos de acetilcolina y en C1 por la activación de los receptores metabotrópicos de glutamato del grupo I. Cuando las interneuronas son activadas por receptores de acetilcolina metabotrópicos en la región CA1 de cortes de hipocampo de rata, se produce un patrón theta de IPSP en células piramidales independientemente de la entrada. Esta investigación también estudia los DSI, y muestra que los DSI interrumpen el ritmo metabotrópico iniciado por la acetilcolina mediante la liberación de endocannabinoides. Un mecanismo dependiente de endocannabinoides puede interrumpir los IPSP theta a través de potenciales de acción entregados como un patrón de ráfaga o un tren breve. Además, la activación de los receptores metabotrópicos de glutamato elimina cualquier actividad theta IPSP a través de una vía independiente de los iones de calcio de la proteína G.
También se han estudiado los potenciales postsinápticos inhibidores en la célula de Purkinje mediante amplificación dendrítica. El estudio se centró en la propagación de IPSP a lo largo de las dendritas y su dependencia de los receptores ionotrópicos midiendo la amplitud y el curso temporal del potencial postsináptico inhibitorio. Los resultados mostraron que los potenciales postsinápticos inhibidores tanto compuestos como unitarios son amplificados por los canales de iones de calcio dendríticos. El ancho de un IPSP somático es independiente de la distancia entre el soma y la sinapsis, mientras que el tiempo de subida aumenta con esta distancia. Estos IPSP también regulan los ritmos theta en las células piramidales. Por otro lado, los potenciales postsinápticos inhibidores son despolarizantes y, a veces, excitadores en las neuronas espinales de mamíferos inmaduros debido a las altas concentraciones de cloruro intracelular a través de los canales iónicos ionotrópicos GABA o cloruro de glicina. [15] Estas despolarizaciones activan los canales de calcio dependientes del voltaje. Posteriormente se vuelven hiperpolarizantes a medida que el mamífero madura. Para ser específicos, en ratas, esta maduración ocurre durante el período perinatal cuando los proyectos del tronco encefálico alcanzan el agrandamiento lumbar. Las entradas moduladoras descendentes son necesarias para el cambio en el desarrollo de potenciales postsinápticos inhibidores despolarizantes a hiperpolarizantes. Esto se estudió mediante cortes completos de la médula espinal al nacer de las ratas y registrando los IPSP de las motoneuronas lumbares al final de la primera semana después del nacimiento.
El glutamato , un neurotransmisor excitador, suele asociarse con potenciales postsinápticos excitadores en la transmisión sináptica. Sin embargo, un estudio realizado en el Instituto Vollum de la Universidad de Ciencias de la Salud de Oregón demuestra que el glutamato también se puede utilizar para inducir potenciales postsinápticos inhibidores en las neuronas. [16] Este estudio explica que los receptores de glutamato metabotrópicos presentan proteínas G activadas en las neuronas de dopamina que inducen la hidrólisis de fosfoinosítidos. Los productos resultantes se unen a los receptores de trifosfato de inositol (IP3) a través de los canales de iones de calcio. El calcio proviene de las reservas y activa la conductancia del potasio, lo que provoca una inhibición pura en las células de dopamina. Los niveles cambiantes de glutamato liberado sinápticamente crean una excitación a través de la activación de los receptores ionotrópicos, seguida de la inhibición de los receptores metabotrópicos de glutamato.
Ver también
- Neuronas no espinosas
- Inhibición de la derivación
Referencias
- ^ a b c d e Purves et al. Neurociencia. 4ª ed. Sunderland (MA): Sinauer Associates, Incorporated; 2008.
- ^ Coombs JS, Eccles JC, Fatt P (noviembre de 1955). "Las conductancias iónicas específicas y los movimientos iónicos a través de la membrana motoneuronal que producen el potencial inhibidor postsináptico" . La revista de fisiología . 130 (2): 326–74. doi : 10.1113 / jphysiol.1955.sp005412 . PMC 1363415 . PMID 13278905 .
- ^ Llinas R, Terzuolo CA (marzo de 1965). "Mecanismos de acciones supraespinales sobre actividades de la médula espinal. Mecanismos inhibidores reticulares sobre motoneuronas flexoras". Revista de neurofisiología . 28 (2): 413-22. doi : 10.1152 / jn.1965.28.2.413 . PMID 14283063 .
- ^ Thompson SM, Gähwiler BH (marzo de 1989). "Desinhibición dependiente de la actividad. I. La estimulación repetitiva reduce la fuerza impulsora de IPSP y la conductancia en el hipocampo in vitro". Revista de neurofisiología . 61 (3): 501-11. doi : 10.1152 / jn.1989.61.3.501 . PMID 2709096 .
- ^ Levy M, Koeppen B, Stanton B (2005). Principios de fisiología de Berne & Levy (4ª ed.). Elsevier Mosby. ISBN 978-0-8089-2321-3.
- ^ Chavas J, Marty A (marzo de 2003). "Coexistencia de sinapsis excitadoras e inhibidoras de GABA en la red de interneuronas cerebelosas" . La Revista de Neurociencia . 23 (6): 2019–31. doi : 10.1523 / JNEUROSCI.23-06-02019.2003 . PMC 6742031 . PMID 12657660 .
- ^ a b Williams, JT, Vollum Institute of Oregon Health Sciences University, entrevistado por Saira Ahmed, 11 de noviembre de 2008
- ^ Persona AL, Perkel DJ (abril de 2005). "Los IPSP unitarios impulsan picos talámicos precisos en un circuito necesario para el aprendizaje" . Neurona . 46 (1): 129–40. doi : 10.1016 / j.neuron.2004.12.057 . PMID 15820699 .
- ^ Wu GY, Wang SR (diciembre de 2007). "Potenciales postsinápticos y proyecciones axonales de neuronas tegmentales que responden a la estimulación eléctrica del cuerpo estriado del sapo" . Cartas de neurociencia . 429 (2–3): 111–4. doi : 10.1016 / j.neulet.2007.09.071 . PMC 2696233 . PMID 17996369 .
- ^ Morishita W, Alger BE (enero de 2001). "La despolarización directa y los potenciales de acción antidrómicos suprimen transitoriamente las IPSP dendríticas en las células piramidales CA1 del hipocampo" . Revista de neurofisiología . 85 (1): 480–4. doi : 10.1152 / jn.2001.85.1.480 . PMID 11152751 .
- ^ Solinas SM, Maex R, De Schutter E (marzo de 2006). "Amplificación dendrítica de potenciales postsinápticos inhibidores en una célula modelo de Purkinje" (PDF) . La Revista Europea de Neurociencia . 23 (5): 1207–18. doi : 10.1111 / j.1460-9568.2005.04564.x . PMID 16553783 .
- ^ Liu S, Shipley MT (octubre de 2008). "Las conductancias intrínsecas dan forma activamente a las respuestas postsinápticas excitadoras e inhibidoras en las células con mechones externos del bulbo olfatorio" . La Revista de Neurociencia . 28 (41): 10311–22. doi : 10.1523 / JNEUROSCI.2608-08.2008 . PMC 2570621 . PMID 18842890 .
- ^ Reich CG, Karson MA, Karnup SV, Jones LM, Alger BE (diciembre de 2005). "Regulación del ritmo theta IPSP por receptores muscarínicos y endocannabinoides en hipocampo" (PDF) . Revista de neurofisiología . 94 (6): 4290–9. doi : 10.1152 / jn.00480.2005 . PMID 16093334 . Archivado desde el original (PDF) el 27 de febrero de 2019.
- ^ Brenowitz SD, Regehr WG (2003). "Dependencia del calcio de la inhibición retrógrada por endocannabinoides en las sinapsis en las células de Purkinje" . Revista de neurociencia . 23 (15): 6373–6384. doi : 10.1523 / JNEUROSCI.23-15-06373.2003 .
- ^ Jean-Xavier C, Pflieger JF, Liabeuf S, Vinay L (noviembre de 2006). "Los potenciales postsinápticos inhibidores en las motoneuronas lumbares siguen despolarizando después de la sección de la médula espinal neonatal en la rata". Revista de neurofisiología . 96 (5): 2274–81. CiteSeerX 10.1.1.326.1283 . doi : 10.1152 / jn.00328.2006 . PMID 16807348 .
- ^ Fiorillo CD, Williams JT (julio de 1998). "El glutamato media un potencial postsináptico inhibitorio en las neuronas de dopamina". Naturaleza . 394 (6688): 78–82. Código Bibliográfico : 1998Natur.394 ... 78F . doi : 10.1038 / 27919 . PMID 9665131 .