Neurona espinosa media
Las neuronas medianas espinosas ( MSN ), también conocidas como neuronas de proyección espinosa ( SPN ), son un tipo especial de célula inhibidora GABAérgica que representa el 95% de las neuronas dentro del cuerpo estriado humano, una estructura de ganglios basales. Las neuronas espinosas medianas tienen dos fenotipos primarios (tipos característicos):
MSN de tipo D1 de la vía directa y MSN de tipo D2 de la vía indirecta. La mayoría de los MSN estriatales contienen solo receptores de dopamina tipo D1 o tipo D2, pero una subpoblación de MSN exhibe ambos fenotipos.
Los MSN de vía directa estimulan su estructura de salida de ganglios basales (por ejemplo, el tálamo ) y promueven comportamientos asociados; estas neuronas expresan de tipo D1 receptores de dopamina, receptores A1 de adenosina, dinorfina péptidos, y la sustancia P péptidos. La vía indirecta MSN inhibe su estructura de salida y, a su vez, inhibe los comportamientos asociados;
Estas neuronas expresan receptores de dopamina tipo D2, receptores de adenosina A2A (AA), heterotetramers DRD-AA y encefalina. Ambos tipos expresan receptores de glutamato ( NMDAR y AMPAR ), receptores colinérgicos ( M1 y M4 ) y los receptores CB se expresan en el área somatodendrítica de ambos tipos de MSN.
Una subpoblación de MSN contiene receptores de tipo D1 y D2, con aproximadamente el 40% de los MSN estriatales que expresanARNm DRD y DRD. En el núcleo accumbens(NAcc), estos MSN de tipo mixto que contienen receptores de tipo D1 y D2 se encuentran principalmente en la cubierta de NAcc.
Los MSN estriatales dorsales desempeñan un papel clave en el inicio y el control de los movimientos del cuerpo, las extremidades y los ojos. Los MSN estriatales ventrales desempeñan un papel clave en la motivación, recompensa, refuerzo y aversión. Los subtipos de neurona espinosa media dorsal y ventral (es decir, tipo D1 directo y tipo D2 indirecto) son fenotipos idénticos, pero sus conexiones de salida difieren.
Apariencia y ubicación
Las neuronas espinosas medianas son neuronas medianas (: 15 micras de diámetro, : 12-13 micras en el ratón) con árboles dendríticos grandes y extensos (: 500 micras de diámetro). Los MSN de la vía directa estriatal (dMSN) se proyectan directamente al globo pálido interno (GPi) y la sustancia negra de la retícula (SNpr) mientras que los MSN de la vía indirecta estria (iMSN) se proyectan finalmente a estas dos estructuras a través de una conexión intermedia al globo pálido pálido externo (GPe) y ventral (VP).
El GPe y VP envían una proyección GABAérgica al núcleo subtalámico, que luego envía proyecciones glutamatérgicas a GPi y SNpr. Tanto GPi como SNpr envían proyecciones inhibitorias a los núcleos dentro del tálamo.
Función
Los MSN son neuronas inhibidoras GABAérgicas, pero el efecto de los MSN directos (dMSN) y los MSN indirectos (iMSN) en sus estructuras de salida última difiere: los dMSN excitan, mientras que los iMSN inhiben, sus estructuras de salida de los ganglios basales (por ejemplo, el tálamo ). Dentro de los ganglios basales, hay varios circuitos complejos de bucles neuronales, todos los cuales incluyen neuronas espinosas medianas.
Las entradas corticales, talámicas y del tallo cerebral que llegan a las neuronas espinosas medias muestran una gran divergencia en el sentido de que cada axón entrante forma contactos con muchas neuronas espinosas y cada neurona espinosa recibe una gran cantidad de información proveniente de diferentes axones entrantes.
Dado que estas entradas son glutamatérgicas, exhiben una influencia excitadora sobre las neuronas espinosas del medio inhibidor.
También hay interneuronas en el cuerpo estriado que regulan la excitabilidad de las neuronas espinosas medianas. Las conexiones sinápticas entre una interneurona GABAérgica particular, la parvalbúmina que expresa la interneurona de pico rápido y las neuronas espinosas están cerca del soma o cuerpo celular de las neuronas espinosas.
Recuerde que los potenciales postsinápticos excitatorios causados por los aportes glutamatérgicos en las dendritas de las neuronas espinosas solo causan un potencial de acción cuando la onda de despolarización es lo suficientemente fuerte al ingresar al soma celular. Dado que la influencia de las interneuronas de rápido crecimiento se encuentra tan cerca de esta puerta crítica entre las dendritas y el soma, pueden regular fácilmente la generación de un potencial de acción.
Además, otros tipos deLas interneuronas GABAérgicas hacen conexiones con las neuronas espinosas. Estos incluyen las interneuronas que expresan tirosina hidroxilasa y el neuropéptido Y.
MSN estriatales dorsales
Vía directa
Anatomía
La vía directa dentro de los ganglios basales recibe información excitadora de la corteza, el tálamo y otras regiones del cerebro. En la vía directa, las neuronas medianas espinosas se proyectan hacia la división interna del globo pálido (GPi) o la retícula de la sustancia negra de los pares (SNpr o SNr).
Estos núcleos se proyectan hacia la capa profunda del colículo superior y controlan los movimientos oculares rápidos (sacádicos), y también se proyectan hacia el tálamo ventral, que a su vez se proyecta hacia las neuronas motoras superiores en la corteza motora primaria (giro precentral).Las salidas SNr y GPi son núcleos inhibidores tónicamente activos y, por lo tanto, inhiben constantemente el tálamo (y, por lo tanto, la corteza motora).
Sin embargo, la actividad transitoria en la vía directa (inhibidora) de las neuronas espinosas medianas desinhibe las proyecciones del tálamo hacia la corteza motora y permite el movimiento.
Camino indirecto
Anatomía
La vía indirecta también recibe información excitadora de varias regiones del cerebro. Vía indirecta Las neuronas espinosas medianas se proyectan hacia el segmento externo del globo pálido (GPe). Al igual que el GPi, el GPe es un núcleo inhibidor tónicamente activo. El GPe se proyecta hacia el núcleo subtalámico excitador (STN), que a su vez se proyecta hacia el GPi y el SNr.
Cuando la vía indirecta no está activada, el GPe suprime la actividad en el STN, lo que se traduce en una disminución de la actividad de SNr / GPi aguas abajo y, por lo tanto, aumenta la actividad de las neuronas talámicas y de la corteza motora. Cuando las neuronas de la vía indirecta se disparan, las neuronas GPe se inhiben, lo que desinhibe el STN.
El STN luego excita las neuronas SNr / GPi, suprimiendo la actividad del tálamo / corteza motora.
Distinciones funcionales
Los modelos clásicos de función estriatal han postulado que la activación de la vía directa conduce al movimiento, mientras que la activación de la vía indirecta conduce a la terminación del movimiento. Este modelo está respaldado por experimentos que demuestran que la estimulación optogenética de las neuronas espinosas del medio de la vía directa aumenta la locomoción, mientras que la estimulación de las neuronas espinosas del medio de la vía indirecta inhibe la locomoción.
El equilibrio de la actividad directa / indirecta en el movimiento está respaldado por evidencia de trastornos neurodegenerativos, incluida la enfermedad de Parkinson (EP), que se caracteriza por la pérdida de neuronas de dopamina que se proyectan al cuerpo estriado,hipoactividad en la vía directa e hiperactividad en las neuronas de la vía indirecta, junto con disfunción motora.
Esto da como resultado la pérdida de la selección de acción normal, ya que la pérdida de dopamina impulsa la actividad en la vía indirecta, inhibiendo globalmente todos los paradigmas motores. Esto puede explicar la iniciación de la acción alterada, las acciones lentas ( bradicinesia ) y la iniciación motora voluntaria alterada en pacientes con Parkinson.
Por otro lado, la enfermedad de Huntington, que se caracteriza por la degradación preferencial de las neuronas espinosas del medio de la vía indirecta, da como resultado movimientos no deseados ( corea ) que pueden resultar de una inhibición del movimiento deteriorada y de la actividad predominante de la vía directa.Una hipótesis alternativa relacionada es que el cuerpo estriado controla el inicio y la selección de la acción a través de una arquitectura de ‘centro-envolvente’, donde la activación de un subconjunto de neuronas de la vía directa inicia movimientos mientras que los inhibidores laterales a través de la vía indirecta inhiben los patrones motores estrechamente relacionados representados por las neuronas circundantes.
Neruons. Esta hipótesis específica está respaldada por un reciente trabajo de imágenes de calcio que muestra que las neuronas espinosas de la vía directa e indirecta que codifican acciones específicas se encuentran en conjuntos organizados espacialmente.
A pesar de la abundancia de evidencia para el modelo de iniciación / terminación, la evidencia reciente que usa ratones transgénicos que expresan indicadores de calcio en la vía directa o indirecta demostró que ambas vías están activas al inicio de la acción, pero ninguna lo está durante la inactividad, un hallazgo que ha sido replicado usando imágenes simultáneas de calcio de dos canales.
Esto ha llevado a un cambio de paradigma en los modelos de funcionamiento estriatal, de modo que los modelos más nuevos postulan que la vía directa facilita los movimientos deseados, mientras que la vía indirecta inhibe simultáneamente los movimientos no deseados.De hecho, técnicas y análisis más sofisticados, como la optogenética dependiente del estado, han revelado que ambas vías están muy involucradas en la ejecución de la secuencia de acción, y que específicamente, ambas vías estriatales están involucradas en el control de acción a nivel de elemento.
Sin embargo, las neuronas espinosas del medio de la ruta directa en su mayoría señalan el inicio / finalización de la secuencia y las neuronas espinosas del medio de la ruta indirecta pueden señalar el cambio entre subsecuencias de una secuencia de acción dada. Otra evidencia sugiere que la vía directa e indirecta influye de manera opuesta en la terminación del movimiento, específicamente, el momento relativo de su actividad determina si una acción se terminará.
Experimentos recientes han establecido que las vías directas e indirectas del estriado dorsal no están involucradas únicamente en el movimiento. Los experimentos iniciales en un paradigma de autoestimulación intracraneal sugirieron roles opuestos en el refuerzo de las dos vías; específicamente, se encontró que la estimulación de las neuronas espinosas medianas de la vía directa era reforzadora, mientras que la estimulación de las neuronas espinosas medianas de la vía indirecta era aversiva.
Sin embargo, un estudio posterior (utilizando parámetros de estimulación más relevantes fisiológicamente) encontró que la estimulación de la vía directa e indirecta se estaba reforzando, pero que la estimulación específica de la vía resultó en el desarrollo de diferentes estrategias de acción. En cualquier caso, estos estudios sugieren un papel crítico para el refuerzo en el cuerpo estriado dorsal, a diferencia del cuerpo estriado que solo desempeña un papel en el control del movimiento.
MSN estriatales ventrales
Vía directa
La vía directa del estriado ventral dentro de los ganglios basales media el aprendizaje basado en recompensas y la prominencia de incentivos apetitivos, que se asignan a estímulos gratificantes.
Camino indirecto
La vía indirecta del estriado ventral dentro de los ganglios basales media el aprendizaje basado en la aversión y la prominencia motivacional aversiva, que se asigna a los estímulos aversivos.
Referencias
Yager LM, García AF, Wunsch AM, Ferguson SM (agosto de 2015). «Los entresijos del estriado: papel en la drogadicción». Neurociencia. 301: 529-541. doi:.1016 / j.neuroscience..06.033. PMC 4523218. PMID 26116518. recibe entradas dopaminérgicas del área tegmental ventral (VTA) y la sustancia negra (SNr) y entradas glutamatérgicas de varias áreas, incluyendo la corteza, el hipocampo, la amígdala y el tálamo (Swanson, 1982;
Phillipson y Griffiths, 1985; Finch, 1996; Groenewegen et al., 1999; Britt et al., 2012). Estas entradas glutamatérgicas entran en contacto en las cabezas de las espinas dendríticas de las neuronas de proyección espinosas del medio GABAérgico del estriado (MSN), mientras que las entradas dopaminérgicas sinapsis en el cuello de la columna vertebral, lo que permite una interacción importante y compleja entre estas dos entradas en la modulación de la actividad de MSN…
También se debe tener en cuenta que hay una pequeña población de neuronas en el NAc que coexpresan los receptores D1 y D2, aunque esto se limita en gran medida a la cubierta de NAc (Bertran-Gonzalez et al., 2008)…. Las neuronas en las subdivisiones del núcleo NAc y del shell NAc también difieren funcionalmente.
El núcleo de NAc está involucrado en el procesamiento de estímulos condicionados, mientras que la cubierta de NAc es más importante en el procesamiento de estímulos no condicionados; Clásicamente, se cree que estas dos poblaciones de MSN estriatal tienen efectos opuestos sobre la producción de ganglios basales.
La activación de los dMSN provoca una excitación neta del tálamo que resulta en un circuito de retroalimentación cortical positiva; actuando así como una señal de «ir» para iniciar el comportamiento. Sin embargo, la activación de los iMSN provoca una inhibición neta de la actividad talámica que da como resultado un ciclo de retroalimentación cortical negativa y, por lo tanto, sirve como un ‘freno’ para inhibir el comportamiento…
También hay una creciente evidencia de que los iMSN juegan un papel en la motivación y la adicción ( Lobo y Nestler, 2011; Grueter et al., 2013). Por ejemplo, la activación optogenética de los iMSN de núcleo y cáscara de NAc suprimió el desarrollo de un CPP de cocaína, mientras que la ablación selectiva de iMSN de núcleo y cáscara de NAc…
Mejoró el desarrollo y la persistencia de un CPP de anfetamina (Durieux et al., 2009; Lobo et al., 2010). Estos hallazgos sugieren que los iMSN pueden modular bidireccionalmente la recompensa de medicamentos…. En conjunto, estos datos sugieren que los iMSN normalmente actúan para restringir el comportamiento de consumo de drogas y el reclutamiento de estas neuronas puede de hecho proteger contra el desarrollo del uso compulsivo de drogas.
Ferré S, Lluís C, Justinova Z, Quiroz C, Orru M, Navarro G, Canela EI, Franco R, Goldberg SR (junio de 2010). «Interacciones de receptor de adenosina-cannabinoide. Implicaciones para la función estriatal». Br. J. Pharmacol. 160(3): 443–453. doi:.1111 / j.-5381.2010.00723.x. PMC 2931547. PMID 20590556.Dos clases de MSN, que se distribuyen homogéneamente en el cuerpo estriado, se pueden diferenciar por su conectividad de salida y su expresión de receptores y neuropéptidos de dopamina y adenosina.
En el cuerpo estriado dorsal (representado principalmente por el núcleo caudado-putamen), los MSN encefalinérgicos conectan el cuerpo estriado con el globo pálido (globo pálido lateral) y expresan el péptido encefalina y una alta densidad de receptores de dopamina D2 y adenosina A2A (también expresan adenosina Receptores A1), mientras que los MSN dinorfinergicos conectan el cuerpo estriado con la sustancia negra (pars compacta y reticulata) y el núcleo entopeduncular (globo pálido medial) y expresan los péptidos dinorfina y sustancia P y dopamina D1 y adenosina A1 pero no receptores A2A (Ferréet al., 1997;
Gerfen, 2004; Quiroz et al., 2009). Estos dos fenotipos diferentes de MSN también están presentes en el cuerpo estriado ventral (principalmente representado por el núcleo accumbens y el tubérculo olfatorio). Sin embargo, aunque son fenotípicamente iguales a sus contrapartes dorsales, tienen algunas diferencias en términos de conectividad.
Primero, no solo los MSN encefalinérgicos sino también dinorfinérgicos se proyectan a la contraparte ventral del globo pálido lateral, el pálido ventral, que, de hecho, tiene características del globo pálido lateral y medial en su conectividad aferente y eferente. Además del pálido ventral, el globo pálido medial y la sustancia nigra-VTA, el estriado ventral envía proyecciones a la amígdala extendida, el hipotálamo lateral y el núcleo tegmental pedunculopontino.
Finalmente, a diferencia del estriado dorsal, la sustancia nigra pars reticulata no es un área objetivo principal para el cuerpo estriado ventral, que dirige preferentemente su salida del cerebro medio hacia la sustancia nigra pars compacta y el VTA (Heimer et al., 1995; Robertson y Jian, 1995; Ferré, 1997).
También es importante mencionar que un pequeño porcentaje de MSN tiene un fenotipo mixto y expresa receptores D1 y D2 (Surmeier et al., 1996)…. Los receptores A2A se localizan predominantemente postsinápticamente en la columna dendrítica de MSN encefalinérgicos pero no dinorfinérgicos, co-localizados con receptores D2…
Presinápticamente, los receptores CB se localizan en terminales GABAérgicos de interneuronas o colaterales de MSN, y también en glutamatérgicos pero no en terminales dopaminérgicos… Post-sinápticamente, los receptores CB se localizan en el área somatodendrítica de MSN (Rodriguez et al., 2001; Pickel y col., 2004;
2006; Köfalvi et al., 2005) y los MSN encefalinérgicos y dinorfinérgicos expresan receptores CB (Martín et al., 2008).
Nishi A, Kuroiwa M, Shuto T (julio de 2011). «Mecanismos para la modulación de la señalización del receptor de dopamina d (1) en las neuronas estriatales». Frente Neuroanat. 5: 43.doi:.3389 / fnana..00043. PMC 3140648. PMID 21811441.La dopamina desempeña papeles críticos en la regulación de las funciones psicomotoras en el cerebro (Bromberg-Martin et al., 2010;
Cools, 2011; Gerfen y Surmeier, 2011). Los receptores de dopamina son una superfamilia de receptores acoplados a proteínas G heptahelicales, y se agrupan en dos categorías, receptores tipo D1 (D, D5) y tipo D2 (D, D3, D4), basados en propiedades funcionales para estimular la adenil ciclasa (AC) a través de Gs / olf e inhibir AC a través de Gi / o, respectivamente…
Se ha demostrado que los receptores D1 forman el heterooligómero con los receptores D2, y que el heterooligómero del receptor D1-D se acopla preferentemente a Gq / Señalización PLC (Rashid et al., 2007a, b). La expresión de los receptores de dopamina D1 y D2 está ampliamente segregada en las neuronas de vía directa e indirecta en el cuerpo estriado dorsal, respectivamente (Gerfen et al., 1990;
Hersch et al., 1995; Heiman et al., 2008). Sin embargo, se sabe que cierta proporción de neuronas espinosas medianas expresa receptores D1 y D2 (Hersch et al., 1995). El análisis de la expresión génica utilizando la técnica de RT-PCR de células individuales estimó que el 40% de las neuronas espinosas medianas expresan ARNm de receptor D1 y D2 (Surmeier et al., 1996).
Ferré S, Bonaventura J, Tomasi D, Navarro G, Moreno E, Cortés A, Lluís C, Casadó V, Volkow ND (junio de 2015). «Mecanismos alostéricos dentro del heterotetramer del receptor de adenosina A2A-dopamina D2». Neurofarmacología. 104 : 154–60. doi : 10.1016 / j.neuropharm..05.028. PMC 5754196. PMID 26051403.
Los aumentos inducidos por la cafeína en la disponibilidad de D2R en el cuerpo estriado ventral se asociaron con aumentos inducidos por la cafeína en el estado de alerta (Volkow et al., 2015)…. Fig. 2. Mapas cerebrales que muestran diferencias significativas en la disponibilidad de D2R / D3R (potencial de unión no desplazable o BPND), entre placebo y cafeína
Fuentes
- Fuente: www.ncbi.nlm.nih.gov
- Fuente: doi.org
- Fuente: pubmed.ncbi.nlm.nih.gov
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