seminario 6 - celulas de la glia

5/9/2018 Seminario 6 - Celulas de La Glia

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t e l u l a s d e l a g l i aT ra s m ed io s ig lo en un seg und o p la no .la inves tiq ac in n d em ues tra qu e las ce lu la s d e la g liain te rv ie ne n e n la s s in ap sis V d ese mp eiia n u n p ap el c la vee n e l a p re n diz a je V la m em oria ..

R . D o ug la s F ie ld s

1. LA S C ElU LA S G UA lE S( en r oj o) sup eran a lasn eu ro na s e n u na p ra pe r-c i6n de nueve a uno, 10m ism o en e l cere b ro quee n e l ras tu de l s is tem anerv ioso.

D riving Mr. Albert, libro de recien-te aparici6n, cuenta la historiade Thomas Harvey, patologo que,en 1955, realiz6 la autopsia deAlbert Einstein. Conc1uida su ta-rea, decidi6 llevarse el cerebro del genio acasa. Allf, flotando en el interior de un re-cipiente de plastico, permaneceria 40 aDOS.En varias ocasiones. Harvey reparti6 finoscortes del cerebro a cientfficos y seudo-cientfficos de todo el mundo, quienes es-tudiaron el tejido en busca de pistas queexplicaran la genialidad de Einstein. Cuan-do Harvey Ueg6 a los ochenta, coloc6 10que quedaba del cerebro en el maletero desu Buick Skylark y cruz6 el pais para de-volverselo a la nieta de Einstein.Uno de los cientfficos que examinaroncortes del preciado cerebro fue Marian C.Diamond. de la Universidad de Californiaen Berkeley. No encontr6 nada especialen el numero 0 el tam aDOd e las neuro-nas. Sin embargo, en el cortex de asocia-cion, responsable de la cognicion de altonive!, hallo una cifra elevadfsima de lascelulas de la glfa: una concentraci6n mu-cbo mayor que la delpromedio de suencefalo,i,Mera rareza? Quiza no. Cada vez exis-ten mas pruebas que sugieren que las ce-lulas gliales desempeiian un papel muchomas importante del que se ha venido su-poniendo. Durante decenios, los fisiolo-gos dirigieron su atenci6n hacia las neu-ronas, consideradas fundamentales para la

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comunicaci6n cerebral. A la glfa, en cam-bio, pese a superar en mimero a las neu-ron as en una proporci6n de nueve a uno,se Ie atribufa s610 una labor de manteni-miento: transportar nutrientes desde losvasos sangufneos hasta las neuronas, man-tener un buen equilibrio i6nico y protegerde los agentes pat6genos que consigueneludir el sistema inmunitario. Con el sostende la glia, las neuronas se hallarfan librespara comunicarse entre sf a traves de lassinapsis y establecer una red de conexio-nes que nos permiten pensar, recordar ysaltar de alegria.Este modelo de la funci6n cerebral, queha perdurado largo tiempo, podrta cam-biar drast icamente si se confirman las nue-vas hip6tesis sobre la glia. En los iiltimosaiios, las nuevas tecnicas de formaci6n deimageries han mostrado que las neuronasy la glfa participan en un dialogo de do-ble sentido, desde el desarrollo embriona-rio hasta la vejez. La glia influye en laformaci6n de las sinapsis y ayuda a de-terminar que conexiones neuronaIes se re-fuerzan 0 se debilitan con el tiempo; ta-les cambios resultan esenciales para elaprendizaje y la memoria a largo plazo.Las investigaciones mas recientes de-muestran que las celulas de la gJfa se co-muniean tambien entre elias mediante unared distinta de la neuronal, aunque para-lela a la misma, red que influye en la ope-raci6n correcta del cerebro. Se dibuja asfun panorama excitante y prometedor: mas

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de la mitad del cerebro, inexplo-rada durante medio siglo, puedeencerrar una valiosa informacion so-bre el funcionamiento de.Ia mente.Con todo, los neurobiologos pre-fieren actuar con cautela y no pre-cipitarse en la asignacion de unnuevo protagonismo a la glia." Es cu ch as " n eu ro na le sSolemos asociar el sistema nerviosoa una marafia de hilos que enlazanunas neuronas con otras. Cada neu-rona se prolonga en su axon, quetransmite sefiales electricas a sus bo-tones terminales. Cada boron liberaneurotransmisores -mensajeros qui-micos- a traves de una pequeiiahendidura sinaptica hasta un re-ceptor en forma de ramita, la den-drita, que pertenece a una neuron aadyacente. Rodeando a neuron as yaxones encontramos un conjuntovariado y numeroso de celulas dela glia. A mediados de los eincuentadel siglo pasado, los neurobiologossospechaban ya que las celulas glia-les podrian eontribuir al procesa-miento de la informacion, pero nopudieron eorroborarlo. Con el tiem-po, se fue abandonando esa lineade investigacion. La glfa paso a se-gundo termino.

Se fracaso en detectar.Ia funcionsefializadora de esas celulas, en par-te, porque se carecia de las tecni-cas analiticas pertinentes, pero so-bre todo porque se buscaba en elsitio equivocado. Se supuso, erro-neamente, que si la glia pudiera es-tablecer una comunicacion, se ser-virfa del mismo mecanismo electricoempleado con ese fin por las neu-ronas. Es decir, las celulas de la glfagenerarian potenciales de accion(pulsos electricos) que provocarianfinal mente la Iiberacion de neuro-transmisores a traves de sinapsis,excitando con ella la actividad elec-trica de otras celulas, De hecho, sedescubri6 que en la glia habia ca-nales ionic os sensibles al voltaje,iguales que los que generan sefia-les electricas en los axones; perose creta que tales canales se limi-taban a registrar indirectamente elnive! de actividad de las neuronasvecinas. Se observe, asimismo, quela membrana de las celulas glialescarecfa de las propiedades que serequieren para propagar sus pro-pios potenciales de accion. Nadieadvirtio, sin embargo, y eso es pre-cisamente 10 que las tecnicas avan-zadas de formacion de imagenesnos han revelado, que la glfa no sesirve de senales electricas, sino qui-micas, para transmitir mensajes.A mediados de los afios noventa,se introdujeron nuevos enfoquessobre la deteccion de la actividadneuronal por las celulas de la glia.Se apoyaban en la observacion deque las celulas gliales presentabanun repertorio de receptores en susmembranas, capaces de respondera un amplio abanico de moleculas,

Durante decenios ~ han venido atribuyendo a las. neuronas las comu-nicaciones desarrolladas en el cerebro y el sistema nervioso. A lascelulas gliales se les relegaba en funclones troticas, pese a superarla cuantla de las neuronas en una proporci6n de nueve a uno. Las nuevas tecnicas de formaciO n de Imagenes y los instrumentos dedetecoi6n de senales revelan ahora que las celulas de ia glfa se 00-munlcan entre sf y con las neuronas a prop6sito de 105 mensajes quecursan por la red neuronal. La gUa puede modificar tales sei'iales enlos hiatos sinapticos que separan .Ias neuronas: pueden incluso deter-minsr eI punto d e formaci6n de sinapsis. Dada esla especializaci6n, la glfa podrfa desempei 'iar un papel crltlcoen el aprendizaje y la formaci6n de recuerdos, asl como en la repara-ci6n del tejido nervioso. Para comprobarlo se han pergei' iado diversosexperlmentos,

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incluidos, en algunos casos, neuro-transmisores, Este descubrimientoindujo a pensar que la glfa podnacomunicarse utilizando sefiales qui-micas que las neuronas no reco-nocian y, a la vez, reaccionar anteneurotransmisores liberados porneuronas.Para someter a prueba tal hipote-sis, hubo que empezar por demos-trar que las celulas de la glia real-mente "escuchan" 10 que las neuronas"se cuentan" entre sf y modificansu comportamiento en funcion de10 que "oyen". En trabajos realiza-dos con anterioridad se habfa puestode manifiesto que una entrada decalcio en las celulas gliales podrfaconstituir una serial de que habiansido estirnuladas. A partir de estedato, se disefio un metodo para versi las celulas lerminales de Schwarm----celulas gliales que rodean las si-napsis alli donde los nervios esta-blecen contacto con las celulas mus-culares- eran sensibles a las seiialesneuronales emitidas en diehas unio-nes: la tecnica de formacion de ima-genes por calcio. EI metodo, enefecto, permitio confirmar que lascelulas de Schwann, al menos, res-pondian a la descarga sinaptica yque dicha respuesta implicaba unaentrada masiva de iones ca1cio enlas celulas,Otras celulas de Schwann cum-plen una funcion mas general quela sinaptica que acabamos de indi-car: rode an a los axones a 10 largode los nervios del cuerpo. Los oli-godendrocitos, otro tipo de celulasgliales, envuelven los axones del sis-tema nervioso central (cerebro y me-dula espinal). Desde nuestro labo-ratorio, en los Institutos Nacionalesde la Salud (NIH), nos planteaba-mos si la glfa era capaz de registrarla actividad neuronal en cualquiersitio donde esta fluyese a traves delos axones. De ser asi, i ,que mediabaesa cornunicacion? Y, mas impor-tante aun, i,que efecto tenia sobrela glia 10 que sus celulas "oian"?Para encontrar las respuestas, cul-tivamos neuronas sensoriales (ce-lulas del ganglio de la rafz dorsal)de raton en placas equipadas conelectrodos que nos permitirian dis-parar potenciales de acci6n en losaxones. A unos cultivos afiadimoscelulas de Schwann; a otros, oligo-dendrocitos.

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Necesitabamos registrar de formaindependiente la actividad de losaxones y la de la glfa, para deter-minar si esta ultima detectaba losmensajes del axon. Por ello utili-zamos la tecnica de formaci6n deimagenes del ca1cio, que muestrala evoluci6n del medio celular me-diante el uso de un colorante queemite fluorescencia cuando se en-laza con iones calcio. Cuando unax6n transmite una sei ial electr ic a,en la membrana de la neurona seabren canales i6nicos sensibles alvoltaje y se facilita asf la entradade iones calcio. Cabrfa, pues, es-perar que se percibiera el impulsoelectrico a traves de un destello defluorescencia, verde, que iluminaratoda la neurona desde su interior.Conforme aumentase la concentra-ci6n de ca1cio en una celula, la f luo-rescencia bril laria mas. Su intensi-dad podrfa medirse con un tubofotomult iplicador; las imagenes delas celulas destel lantes podrfan di-gitalizarse y mostrarse en falso co-lor y en tiempo real, en un moni-tor (algo parecido a las irnagenesde radar de las tormentas que ilus-tran los informes sobre el tiempo).Si las celulas gliales se percatasende las sefiales de las neuronas y 10

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2 . G UA Y N EU RO NA S op era n ju nta s e n e l ce re bro y la m e du la e sp in al. L a n eu ro na e nv iaun m en sa ja a 1 0 la rgo de l axO n, q ue , a tra ves d e la h en didu ra s in ap tica , p as a a un a d an -d rite d e o tra n eu ro na . L os a stro cito s d e la g ila , q ue a po rt a n n utr ie nte s a la s n eu ro na s,rodean y re gu la n la s s in ap sis . L os o lig od en dr oc ito s p ro du ce n la m ie lin a q ue a is la lo s am -n es . C ua nd o e l m e ns aie e ilic tr ic o d e u na n eu ro n a (p ote nc ia l d e a ce io n) a lc an za e l t ar rn i-n a l a x O n ic o I r e c u a d r o l . e l m en sa je p ro mu ev e e l m ov im ie nto d e la s v es ic ula s h ac ia lam e m br an a; s e a br en y l ib e ra n n e ur ot ra n sm i so re s I m oi li cu la s d e s e fia li za c ie n ) q u e e u rs a na t ra ve s d e la a ng os ta h en did ur a s in ap tie a y s a e ne am in an h ac ia lo s re ce pto re s d e lad en dr it a. P rin cip io s s im ila re s o pe ra n e n e l s is te m a n er vio so p er ile ric o, c on la d ila re nc iad e q ue s on la s c elu la s d e S ch wa nn la s e nc arg ed as d e la m ie lin iz ac in n.

hic iesen en parte absorbiendo cal-cio de su microentorno, tambienrefulgir fan, aunque mas tarde.En la sala a oscuras, fija la mi-rada en la pant alia del ordenador,Beth Stevens y yo nos disponfamosa recibir la confirmaci6n, prepa-rada durante tres meses, de nuestrahip6tesis. Cuando encendimos elestimulador, las neuronas ganglio-nares de la rafz dorsal respondie-ron al instante: mudaban del azulal verde , despues al ro jo y luego alblanco en una esca la de falsos co-lores correspondiente a la concen-tracion de calcio, a medida que elion penetraba en los axones. Al prin-cipio no experimentaban cambioalguno las celulas de Schwarm nilos oligodendrocitos; pero al cabo

de unos 15segundos, las celulas glia-les empezaron de repente a encen-derse, como bombillas en un arbolnavidei io. Estas celulas habfan de-tectado el impulso electrico en losaxones y respondfan aumentandola concentraci6n de calcio en su pro-pio citoplasma.C o m u ni c a c i 6 n g H a g li aHabfamos comprobado que las celuJas de la gJfa detectan la activi-dad ax6niea mediante la absorci6nde ea1cio. En las neuronas, el cal-cio aetiva enzimas que sintetizanneurotransmisores. Presumiblemen-te, el flujo de caleio hacia el inte-rior de las celu las glia les desenca-denaba alguna respuesta. Pero, i,quetipo de respuesta? Con mayor radi-

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calidad, i,que es 10 que incentivabaesa entrada de caJcio?Los elementos de la explicaci6n

se recogieron de trabajos realiza-dos con anterioridad en torno a otrascelulas gliales del cerebro: los as-trocitos. Entre sus funciones, lescumple a estes transportar nutrien-tes desde los capilares hasta las ce-lulas nerviosas. Deben tambien man-tener, alrededor de las neuronas,las condiciones i6nicas 6pt imas parala transmisi6n de sefiales electri-cas. Ello 10 consiguen eliminando

el exceso de iones y neurotransmi-sores que las neuronas liberan ensu proceso de excitacion. En un es-tudio clasico lIevado a cabo en 1990,el grupo dirigido por Stephen J.Smith utiliz6 la tecnica de forma-cion de imageries del calcio parademostrar que la concentracion deeste ion en un astrocito aumentabarepentinamente cuando se afiadiaglutamato (un neurotransmisor) alcultivo celular. Enseguida se pro-pagaron ondas de calcio por todoslos astrocitos del cultivo. Los as-troc itos reaccionaron como si el neu-rotransmisor hubiera sido liberadopor una neurona.Algunos expertos se plantearon si

tal comunicacion se debia al tran-sito de iones calcio u otras mole-culas seiializadoras afines por laspuertas abiertas entre astrocitos co-

3 . LO S A ST RO CIT OS R EG UL AN L A S EN AL IZA CIO N sinaptica. Lo ha cen de va ria s fo rm as .E I a xon tra n sm ite una ssf ia l a un a d en drita m ed ian te d esca rga d e u n ne uro tra nsm iso r(verde) ; e n e ste case . e l g lu ta ma to . E mite tamb ien A TP (amar i l lo) . E s to s c om p u es to s pro-vo ca n (ue go u na e ntra da de ca lc io !purpura) en lo s a s tro c itos ; en v ir tu d de la m ism a , lo sa stroc itos e sta ble cen com un ica ci6 n en tre s i m ed ia nte la l i baracinn de su p rop io A TP .Lo s as t roc i t ns p ue de n re fo rz ar la se iia liz ac i6 n s ec re t a n do e l m is mo n eu ro tra ns mis or; 0b ie n p ue de n d eb ili ta rla , m ed ia nte a bs orc i6 n d el n eu ro tra nsm iso r 0 s ec re ci6 n d e p ro te in asque se en la cen con e l m ism o lalull, imp i d i endo as l q u e a lc a nc e su d ia n a. L o s a s tr oc it oslib era n ta m bie n m o le cu le s d e s eiia liz ac i6 n I raja) q ue p ro voca n qu e e l a xo n in crem en teo redu zca la can t id ad de neu ro tran sm iso r lib e ra do wando vue lva a a c tiv a rse . E I ce re b routilira la m o d r t r c a c i u n d e la s co nex io ne s en tre n eu ro nas p ara re visa r su s re sp ue stas a ntee s tim ulo s a m ed ida que va acum ula ndo expe r ie nc ia , e s de c ir, c o n fo rm e aprende . E n e ls is te m a n e rv io so pe r i te r i co , son la s ce lu la s de S chwann la s que rodean las s in aps is ,

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lindantes, En 1996, S. Ben Katery su equipo, de la Universidad deUtah, minaban esa posibilidad. Conun microelectrodo muy afilado, cor-taron una linea recta a traves deuna capa de astrocitos en culti vo;crearon asi un espacio vacio, librede celulas, a manera de autopistafJanqueada por bosques en llamas.Cuando provocaron ondas de cal-cio a un lado del corte, estas no tu-vieron dificultad en cruzar el espa-cio vacio y propagarse hasta losastrocitos del otro lado, Por tanto,los astrocitos no se comunicabanpor contacto ffsico, sino a traves delmedio extracelular.Durante los afios siguientes, otras

investigaciones aleanzaron resulta-dos similares. Las respuestas me-diadas por calcio podian inducirseen los astrocitos agregando neuro-transmisores 0 recurriendo a elec-trodos para estimular la Iiberaci6nde neurotransmisores desde las si-napsis. Mientras tanto, fisiologos ybioquimicos descubrian que la gliatenia receptores para muchos delos neurotransmisores que las neu-ronas emplean en su comunicaci6nsinaptica; contaba tambien con lamayoria de los canales ionicos quecapacitan a las neuronas para dis-parar los potenciales de acci6n.A T P: m e ns aje ro g lia lEstos y otros hallazgos causabandesconcierto y confusion. Por unlado, la comunicaci6n entre celulasgliales se controlaba mediante ab-sorci6n de caleio, igual que en lacomunicaci6n neuronal; mas, porotro lado, los pulsos electricos in-ducfan cambios de concentraci6n decalcio en las neuron as, pulsos queni existian en la glia ni aleanzabana esta, Entonces, i,que mecanismoiniciaba la entrada de calcio en laglfa? i,Se trataba de un fen6menoelectrico diferente 0 de otro meca-nismo?En sus experimentos con la glia,

los investigadores observaron la acu-mulaci6n de una molecula que lesresultaba muy familiar: el ATP (tri-fosfato de adenosina), la principalfuente de la energia requerida parael desarrollo de la actividad celu-lar. Adernas de reservorio energe-tico, el ATP constituye un excelentemensajero intercelular. Dado quese concentra principal mente en el

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4 . S EC UE NC IA D E F DT OG RA MA S e la bo ra da m ed ia nte m ic ro sco pia co nfo ca l d e b arr id oco n l a se r icotoresds d ig i ta lmen te l . N os re ve la q ue la s celu las g lia le s re sp on de n a l interc am bio d e m en sa je s e ntre n eu ro n a s . la l S e rn ez cla rc n n eu ro na s s en sit iv as Id os s om a sn e ur on a le s g ra n de s, d e 2 0 m ic ra s d e d ia me tro ) V c elu la s g lia le s d e S ch wa nn I cuer pospequet ios l e n u n cu ltiv o q ue ca n te nia io ne s d e ca lc io I n a v i sl h le l . S e in tro du jo e n la sce tu la s u n co lo ra nte q ue e mite flu ore sce nc ia cu an do se Ie u ne n io ne s ca lc ic . Ib l U n pequeno v olta je a plic ad o a la s n eu ro na s bas te p ara q ue e sta s e mit ie ra n p ote nc ia le s d e ac -c io n a 10 la rg o d el a xo n le jo s la rg os) V d es te lla ra n d e in me dia to , u na p ru eb a d e q ueh ab ia n a bie rto lo s ca na le s d e ca lc io d e su s m em bra na s p ara p erm itir q ue as te penet r asee n su in te rio r. le i D oce se gu nd os m as ta rd e, co nfo rm e la s n eu ro na s e on tin ua ba n activas,empez a r on t amb ien a e nc en de rs e la s celulas d e S c hw a nn , manife s tac inn d e q ue h ab ia ne mp eza do a a bso rb er ca lc io e n re sp ue sta a la s se n a le s q ue cu rsa ba n p ar lo s a xo ne s.1 0 ' ) T ra n sc ur rid os d ie e io ch o s eg u nd os , r efu lg ia n m a s c e l u l a s g lia le s, p ue s h ab la n p e re ib id ola s sen ate s. L a se eu en eia m ue stra q ue la g lia re gis tra lo s m en sa je s n eu ro na le s a 1 0 l a r god e lo s a xo ne s V no s o lo en la s s inaps i s , d o n de e n co n tr am o s lo s n e u ro tr an s m is o re s .

interior de las celulas y que, al tra-tarse de una rnolecula pequefia, sedifunde y degrada rapidamente , losnuevos mensajes que porta el ATPno se confunden con los viejos. Aiia-dase que el ATP se encuentra lim-piamente empaquetado dentro de losextremos ax6nicos, donde tambiense almacenan los neurotransmisores,Por tanto, se libera junto con losneurotransmisores en las sinapsis yaccede asf al medio extracelular.En 1999, Peter B. Guthrie y sugrupo, de la Universidad de Utah,demostraron de forma concluyenteque, cuando son excitados, los as-trocitos liberan ATP a su alrede-doc. EI ATP se une entonces a re-ceptores de los astrocitos vecinos ypromueve asf la apertura de los ca-nales i6nicos, que permiten una en-trada masiva de calcio, La subidade calcio provoca en esas celulasla l iberaci6n de ATP y el cicIo vuelvea empezar. Tenemos, pues, una reac-c i6n en cadena de respuestas al ca l-c io iniciada y mediada por ATP, quese propaga a traves de la poblaci6nde astrocitos.De acuerdo con estos resultados,se present6 un modelo sobre la per-cepci6n de la act ividad neuronal porla glfa que rodea al axon, para luegocomunicarselo a la glia residenteen la sinapsis axonica. La excita-ci6n de la neurona promueve quelas celulas gliales en torno al ax6nemitan ATP; ello provoca la ab-sorcion de calcio en la glfa circun-dante, induciendo ulterior liberaci6nde ATP. De esta forma, la comu-nicaci6n a 10 largo de un cord6n decelulas gliales se propaga y se alej ade la neurona que inici6 el pro-

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ceso. Pero, i.como detectaba la glfade nuestro experimento la excita-cion neuronal, si los axones no es-tablecfan contacto sinaptico con laglia y la gila en torno al axon nose hallaba en la vecindad de la si-napsis? La respuesta no podia en-contrarse en los neurotransmisores,puesto que estos no se difunden fuerade los axones (si asf fuera, actuarfanen sitios no deseados, provocandoestragos en el cerebro). Tal vez elmensaje era transmitido por ATP,que, ademas de liberarse junto conneurotransmisores durante la exci-taci6n ax6nica, se escapaban 10largodel axon.Para someter esta hipotesis aprueba, estimulamos electricamen-te cultivos puros de axones de ce-lulas ganglionares de la raiz dorsaLSirviendonos de la misma enzimaque, mediada por ATP, explica elresplandor de las Iuciernagas. com-probamos que los axones liberabanATP, puesto que el medio se ilu-minaba cuando estes se excitaban.Aiiadimos luego celulas de Schwannal cultivo y medimos la respuesta encalcio. Observamos que estas se en-eendian en cuanto los axones trans-mitian un potencial de accion. Sinembargo, cuando agregamos la en-zima apirasa, que destruye el ATP-y por tanto 10 intercepta antes deque alcance cualquier celula deSchwann-, la glia permaneei6 apa-gada cuando los axones se activa-ban. Se habia bloqueado la respuestade calcio en las celulas de Schwannpor la seneilla raz6n de que nuncallegaron a recibir el mensaje del ATP.En efecto , el ATP liberado desdeun ax6n disparaba la entrada de cal-

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5 . C OM U NIC AC IO N G LIA L E n u n c ult iv oq ue c en tan ia ion es ca lcio se m ezc laronastroci tos y n eu ro na s s en so ria les , n o v is i-b les a qu f (a). T ras es tim ular una neuron ap ara q ue t ra ns mitie se p ote nc ia les d e a c -c ion a 1 0 la rg o d e larg os a x on es (re/; impagasl, la g lia em p ez e a ilu min arse, in dic iade que hab ia cap tado el m ensaje yeom en zad o a ab sorb er c alc io (b). D a s p u s sde lO y 12,5 s eg u nd os , a p ar ec ie ro n e n o r -m es ondas de calc io que barrian la zona,p rop ag an da sefia les en tre m uch os as troc i-to s Ie V t i l . L a g rad acion d e v erd e, a m a r i -1 1 0 y rojo corresponde al aum ento en lac en ce nt ra cie n d e c alc io .

cio en las celulas de S c hw a rm ,Mediante analisis bioqufmico y mi-croscopfa digital , tambien observa-mos que el flujo de ealcio causabaque eiertas senales viajasen desdela membrana celular hasta el mi-cleo, donde se almacena el mate-rial genetico, provocando la ex-presion de varios genes. Se tratabade un hallazgo asombroso: mien-tras se comunicaba con otras neu-ronas, un axon podia ordenar latranscripcion de genes en una ce-lula glial y, con ello, influir en sucomportamiento.C o n t r o l d e la m i e l i n i z a c i 6 nLJegados a este punto, todos los tra-bajos nos conducian a la conclu-sion siguiente: una celula glial per-cibe los potenciales de aeci6n de lasneuronas al detectar el ATP que seescapa por un ax6n activo 0 bienel que se libera en una sinapsis. Lacelula glial transmite su mensaje in-terno vfa iones de eaIcio. Estos, asu vez, activan enzimas que liberanATP a otras celulas gliales 0 acti-van enzimas que controlan la ex-presion de genes.Cabia entonees inquirir que fun-

ciones controlaban esos genes. L Ten-dria alguna relaci6n de influeneiasobre las neuronas adyaeentes? Ste-vens se dispuso a resolver la cues-ti6n centrandose en el proceso quepromueve la produccion del reves-timiento mielinico de los axones,Dicha capa aislante resulta clavepara la conduccion de impulsos ner-viosos a alta velocidad y largas dis-tancias. Su crecimiento permite a unbebe mantener gradualmente la ca-beza erguida; su destruccion por

esclerosis multiple y patologfassimi lares causa graves discapaci-dades.Nos concentramos en la mielina

porque querfamos averiguar en vir-tud de que una celula de Schwa rminmadura que se encuentra sobreun axon del sistema nervioso pe-riferico de un feto 0de un bebe sabeque ax ones precisaran mielina ycuando comenzar a recubrir talesaxones, 0 si deberfa, por el contra-rio, transformarse en una celula nomielinizante. (En general, s610 losaxones de gran diarnetro necesitanmielina.) i,Podrfan los impulsos ax6-nicos 0 la liberacion de ATP inci-dir en tales decisiones? Observamosque las celulas de Schwarm en cul-tivo proliferaban con mayor lenti-tud cuando se concentraban en tornoa axones excitados que cuando 0-deaban a axones en reposo, Habfamas: en presencia del potencial deaccion, el desarrollo de las celulasde Schwarm se detenfa y la forma-ci6n de mielina se bloqueaba. Laadici6n de ATP producia los rnis-mos efectos.Sin embargo, trabajando conVittorio Gallo y su grupo, descubrfun comportamiento completamenteopuesto en la oligodendroglia queforma la vaina de mielina en el ce-rebro. En este caso, el ATP no in-hibfa la proliferacion de los oligo-dendrocitos; antes bien, la adenosina=-molecula resultante de Ia degra-dacion del ATP, que ha perdidosus grupos fosfato- estimulaba Iamaduraci6n de las celulas y su pro-ducci6n de mielina. Ambos hallaz-gos indican que la existencia devarios tipos de receptores en lascelulas gliales permite que la neu-rona envfe por separado mensajesa la glfa del sistema nervioso cen-tral distintos y a la glia del sistemaperiferico, sin necesidad de sinteti-zar moleculas mensajeras dist intasni de especificar el destinatario delmensaje.Importa avanzar en el conoci-miento del proceso de rnieliniza-cion. Cada ano mueren miles depersonas y un numero inc o n tablemas quedan paralfticas 0 ciegasdebido a enfermedades desmielini-zantes. La mas insidiosa, la escle-rosis multiple, que afecta a una decada 700 personas. Se ignora quees exactamente 10 que inicia lamie-

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linizacion; sf sabemos que la ade-nosina, sustancia procedente delaxon, estimula el proceso. EI he-cho de que esta molecula la libe-ren los axones en respuesta a suexcitacion, rcvela que la actividadcerebral influye en la mielinizacion.Tales hallazgos podrian marcar elcamino para posibles tratamientos;pensemos, por ejemplo, en farmacosque remedaran la adenosina; asi-mismo, el suministro de adenosinaa celulas madre podrfa deterrninarsu transforrnacion en glfa mielini-zante para su trasplante ulterior anervios danados .M a s a l i a d e l a s n e u ro n a sDe acuerdo con el estado actual dela investigacion, todo indica que elATP y la adenosina median los men-sajes que cursan a traves de las re-des de celulas gliales de Schwanny de oligodendrocitos; en los as-trocitos, los mensajes de ca1cio ven-drian inducidos exclusivamente porel ATP. Pero, i,se halla la glfa fa-cultada para regular el funciona-miento de las neuronas por otravia que no sea la mencionada sfn-tesis de mielina?Las pruebas abonan una respues-ta afirmativa. Richard Robitaille, dela Universidad de Montreal, obser-vo que el voltaje producido por lassinapsis en el rmisculo de rana seintensificaba 0 se debil itaba en fun-cion de los compuestos qufmicosque inyectaba en las celulas deSchwann que se encontraban en lassinapsis. Cuando Eric A. Newman,de la Universidad de Minnesota,tocaba la retina de una rata, lasoleadas de calcio enviadas desde laglfa cambiaban la tasa de activacionde las neuronas de la vision. Es-tudiando cortes del hipocampo (re-gion implieada en la memoria) deuna rata, Maiken Nedergaard, delInstituto Medico de Nueva York,observe que las sinapsis aumenta-ban su actividad electric a cuandolos astrocitos adyacentes estimula-ban ondas de ealcio. Se admite quetales cambios en la intensidad si-naptica constituyen el medio fun-damental por el cual el sistema ner-vioso modifiea su respuesta a travesde la experiencia; semejante plasti-cidad induce a pensar que la glfapodrfa participar en la base celulardel aprendizaje.

I N V E S TI G AC IO N Y G I EN CI A , junio, 2 0 0 4

L A G l iA C O N TR OlA lA S SIN A r:m i

D esde hace anos se ha venido dando par clertoque la fo rmaci6n de las sinapsis s610 dependiade las neuronas parlicipantes en las mismas, La ln-vestiqacion reciente 10desmiente: la g lia influye enla cuantia y el lugar de producci6n de sinapsis.

EI grupo encabezado por Ben A. Barres, de laUniversidad de Stanford , desarro ll6 cu lti vos de neu-ronas proeedentes de una retina de rata, en ausen-cia de astrocitos (un tipo de celulas gliales). Y des-cubrieron que se establecian muy pocas sinapsis.Pero s i afiadlan ast roci tos, 0 media de cultivo quehabfa estado en contacto can astrocitos, se multiplicaban las sinapsis. Barres observ6 las sinapsisa l microscopio y las cont6; con un microelectrodoreg istr6 su actividad e lectr iea (prueba de que esta-ban pasando senates a traves de las sinapsis).Detect6 entonces en el media dos compuestos quelos astrocitos liberan para fomentar la formaci6nde s inapsis: el apoE/colesterol , un complejo l ip id ico,y ta t rombospondina, una protelna.

Mientras tanto, en el grupo de Jeff W. Lichtman,de la Universidad de Washing ton, filmaban sinapsismusculares en ratones durante varios dias a sema-nas, a medida que se iban estableeiendo a dero-gando en el transcurso del desarrollo (perfodo enque se podan las sinapsis que no son necesarias)o a consecuencia de una lesi6n. AI abordar la se-cuencia fotograma a fotograma, se puso de mani-f iesto que ambos procesos sm a p n c o s -formacl6ny eliminaci6n- estaban bajo la influeneia de celulasdistintas de las neuronas, que operaban en los ter-minales ax6nicos.

Mas tarde, Le Tian, Wesley Thompson y sus cola-boradores, de la Universidad de Texas en Austin,investigaron con un rat6n transqanico, as! manipu-lado para que sus celulas de Schwann gllales emi-t iesen f luorescenc ia. Este caracter permi ti6 al equipode Thompson colaborar can el grupo de Lichtman y observar a las celutas glla-les que operaban en las uniones de las neuronas can los musculos: proezahasta entonces inimaginable. Cuando el axon de un r n u s c u l o sufre una les i6n 0una amputaci6n , se retrae ; pero un grupo de receptores de neurotransmisoresse mantiene en el lado de la sinapsis que recibla el impulso, a sea en la celulareceptora. Los investigadores sabfan que un ax6n se regenera y encuentra sucamino de vuelta hacia los receptores abandonados, siguiendo a las celulas deSchwann que persisten.

Pero, l.que sucedla si el ax6n no encontraba su camino? Siguiendo la fluo-rescencia, el grupo de Thompson observ6 que las cslulas de Schwann en lassinapsis intactas perciblan que una sinapsis vecina se hallaba en d ificul tad.Misteriosamente, de las celu tas de Schwann brotaban ramificaciones que seexlendfan hasta la sinapsis dahada, tendiendo un puente que permitia al ax6ngenerar una nueva proyecci6n hasta los receptores (imagenes).

EI trabajo mostraba con nitidez que la gUa ayudaba a determinar el lugardonde deblan establecerse las sinapsis. Los investigadores buscan ahorasacarle partido a esa capacidad para el tratamiento de lesiones de la me d u t aespinal mediante el trasplante de cetulas de Schwann a regiones danadasde la meduta espinal de animales de laboratorio .

L A G liA G UIA la form ac i6 n d es in ap sis . L e T ia n s ec cio n6 u nas in a p s is n e u ro m u s c u la r e n u nra to n c uy as c elu la s h ab la n si dom an ip ula da s g en 'ti ca men ta p arae m it ir f lu or es ce nc ia . D o s d la sr na . t ar de larriba) l as c el ul .,d e Sc hw an n g lia l. , ( ro j o o s cu r o )h ab ia n tan did o un pu en te p ara,a lv ar el h ia te (f/eeha). Trans -eu rr id o. d o, d la s (abajo), unad n (verde) h ab ia vu elto a era -cer a 10 l arg o d el p uen te p arae st ab le ce r u n a s in ap sis .

Del conjunto de esas observaeio-nes brota la cuestion que pasamosa exponer. La ola de calcio se dis-persa por toda la poblacion de as-trocitos. Esta respuesta de macro-escala resulta eficaz para gobernaral grupo entero, no para transmitirun mensaje harto complejo. Si las

celulas de la glia intervienen en elprocesamiento de la informacion,tiene que haber intercambios loca-les de sefiales.En 1990, Smith y su grupo sos-tenia que las neuronas y la gliaprotagonizaban intercambios cir-cunscritos de mensajes. Pero los

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'lnvcstigadorcs curccran de me to-dos exper imcntu l es refinados paras imular el comportamiento real deun astrocito en una sinapsis. En2003. Philip G. Haydon, de la Un i-versidad de Pennsylvania, 10 con-sigui6. Emple6 una tecnica laserpara liberar una cantidad de glu-tamato en un corte de hipocampodel cerebro tan ni rn ia , que pudieradetectarla solo un astrocito. Bajoestas condiciones experirnentales,Haydon observe que un astrocitoenviaba sefiales especfficas de cal-cio a un grupusculo de astrocitosvecinos. En su opini6n, adernasde las ondas de calcio, de alcanceglobal para los astrocitos, existetambien una conectividad de cortoalcance entre astrocitos.En otras palabras, los astrocitosse organizan en circuitos cerebra-les restringidos que se coordinancon los circuitos neuronales. (Se des-conocen los facto res ffsicos 0bio-qufrnicos que definen estos circui-tos astrocfticos discrctos.) Otrasinvestigaciones indicaron que los.as-trocitos podrfan reforzar la seiiali-zaci6n en las sin apsis mediante lasecrecion del mismo neurotransmi-sor que Iibera el ax6n; vale decir,amplificando la sefial.Estos descubrimientos sugieren lahip6tesis siguiente: la comunicaci6nentre astrocitos ayuda a activar neu-ronas cuyos axones terminan bas-tante lejos; esta actividad, a su vez,contribuye a la liberaci6n de neuro-transmisores en sinapsis remotas. Atraves de esa actividad se regularfala capacidad de las sinapsis remotaspara acometer cambios de intensi-dad, que, sabido es, constituye el me-canismo celular subyacente bajo losprocesos de aprendizaje y memoria.En la reuni6n anual de la Sociedadde Neurociencia celebrada en no-viembre de 2003 se aportaron re-sultados que respaldan nuestra hipo-tesis; podrian incluso extender elpapel de la glfa para que cornpren-diera su participacion en la forma-cion de nuevas sinapsis. Algunos delos informes se sustentaban en lainvestigaci6n realizada dos afios an-tes por Ben A. Barres, Frank W.Pfrieger y sus colegas de Stanford;a tenor de la misma, las neuron asde rata que crecian en cultivo for-maban mas sinapsis en presenciade astrocitos.

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Karen S. Christopherson y EricM . U llian , es tu dian tes de posgradoen el laboratorio de Barres, descu-brieron mas tarde que la trombos-pondina, protein a sintetizada pre-sumiblernente por el astrocito, erael mensajero quimico que estirnu-laba la formaci6n de la sinapsis.De la trombospondina se conociandiversas funciones biol6gicas, perono se Ie atributa ningiin papel re-levante en el sistema nervioso. Sinembargo, cuanta mas trornbospon-dina aiiadian al cultivo de astroci-tos, mas sinapsis aparecian. A latrombospondina podria correspon-der la labor de congregar proteinasy otros compuestos necesarios paraformar una sinapsis durante el pro-ceso de desarrollo de redes nervio-sas incipientes; en ese contexte,podrfan contribuir a la modificaci6nde las sinapsis conforme envejecendichas redes,Nuevos ensayos habran de per-mitir un conocimiento mas profundodel cuadro que empieza a configu-rarse en torno al papel de las celu-las de la glla en el cerebro. Habraque comprobar hasta que punto losastrocitos sinapticos condicionan lamemoria, 0 la potenciacion a largoplazo por referirnos a su equivalentecelular. Tarnbien, determinar conexactitud en que medida las sefia-les enviadas a traves de circuitosde astrocitos repercuten en sinapsisremotas.No debiera sorprendernos que losastrocitos influyan en la forma-cion de sinapsis lejanas. Para crearvinculos entre estimulos procesa-dos por diferentes circuitos de neu-ronas -el olor de cierto perfumey los sentimientos que despierta ha-cia la persona que 10 usa-, el ce-rebro debe establecer una rapid acomunicaci6n entre circuitos neu-ronales que no se encuentran di-rectamente conectados. Si las neu-ron as operan como telefonos fijosque se comunican electricamentea traves de conexiones sinapticasa modo de cables, los astrocitospueden asimilarse a telefonos ce-lulares, que se comunican mediantesefiales quimicas que se extiendenpor zonas amplias, pero que soloson detectadas por astrocitos quetengan sintonizados los receptoresapropiados para recibir el men-saje. Si las sefiales cursan a traves

de las redes de astrocitos, enton-ces dos poblaciones de glfa dis-tantes podrian entrar en conex iony coordinar la activaci6n de redesneuronales de distintas regiones delcerebro.Nos revela la anatomfa cerebralcomparada que la raz6n de glia aneuronas aumenta de un modo sig-nificativo conforme ascendemos enla escala evolutiva. Haydon se pre-gunta si una conectividad generali-zada entre astrocitos favoreceria lacapacidad de aprendizaje. Se hanpuesto manos a la obra para com-probarlo en nuevos experimentos.Tal vez una mayor concentraci6n deglia 0 un tipo mas potente de gliasea 10 que eleva a ciertos humanosa la categorfa de genios. Einsteinnos ensefi6 el valor de atreverse apensar mas alia de 10 establecido.Siguiendo su ejemplo, los neurolo-gos se han lanzado a mirar masalia de las neuronas para ver si laglfa participa en el procesamientode la informacion.

E I a u to rR . O I U II IS F ie ld s , p r o fe s o r d e laU n iv e rs id a d d e M a r y la nd , d i r ig e a l a re ad e d es a rr o l l o y p la st i t id a d d e l s is t e m an e rv io s o e n e l In s t i t u to N a c io n a l d eS a lu d P e d ia tr ic a .

B i b l i og r af ia c o m p l em e n t ar iaD R IV tN G M R . A L B E RT : A T R IP A C R O SSA M E

R IC A W tT H E I N S TE IN 'S B R A I N . M i ch a e l P a t e rn it i . D e lt a , 2 00 1 .

N E W IN S IG H T S tN T O N E U R O N G lIA C O M M U 'N IC A T IO N . R . D . F ie ld s y B . S t e v e n s G ra h a m a n Sc ience , v o l. 2 9 8 , p a g s .5 5 6 5 6 2 ; 1 8 d e o c tu br e , 2 0 0 2 .

A D E N O S I N E :A N E U R O N G l IA L T R A N S M I T T E RP R O M O TIN GM V E LIN AT lO N IN T H E e N S INR E S P O N S ET O A C T I O N P O T E N T I A L S .B . S t e v e n s , S . P o r t a , l. l. H a a k , V . G a l l o yR . D . F ie ld s e n Ne u r o n , v o l u m e n 36 ,n .' 5 , p a gs . 8 5 5 8 6 8; 5 d e d ic ie m b r e.2 0 0 2 .

A S T R O C Y TIC C O N N E C T I V IT Y IN T H E H IP P O C A M P U S . Ja i - Y oo n S u i, G e o r g e O ro s z ,R ic h a rd S . G iv e n s y P hi l ip G . H a y do ne n N e ur on G l ia B io lo gy , v o l . 1. p a g s .311; 2 0 0 4 .

I N V E ST tG A CIO N Y C IE NC IA , j u n io , 2 00 4

seminario 6 - celulas de la glia

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