Gliotransmisor

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Los gliotransmisores son sustancias químicas liberadas por las células gliales. Facilitan la comunicación neuronal entre dichas células y las neuronas, y son inducidas por la señalización Ca2+..[1]​ Investigaciones recientes han cuestionado el rol del Ca2+ en los gliotransmisores, lo cual requiere una revisión de la relevancia de los gliotransmisores en la señalización neuronal en general.[2]​ Los gliotransmisores pueden ser liberados por varios tipos de células gliales, como los oligodendrocitos, microglías, principalmente por los astrocitos.

Los astrocitos dependen de las uniones intercelulares para acoplarse, son en forma de estrella, lo cual les permite tener contacto con otras sinapsis en varias regiones del cerebro. Su estructura también les da la capacidad de la señalización bidireccional. Se estima que los astrocitos pueden entrar en contacto con más de 100,000 sinapsis, por lo que representan un papel importante en la transmisión sináptica.[1]

La gliotransmisión ocurre entre diferentes tipos de células, principalmente en el sistema nervioso entre astrocitos y neuronas; pero también da lugar en las terminales nerviosas motoras y en las células Schwann (presentes en la periferia del sistema nervioso), células gliales en la retina (células Müller) y neuronas retinales.[3]

Función[editar]

La palabra “glia” expresa la creencia científica original de que estas células tienen un rol pasivo en la señalización neuronal al ser responsables de la estructura y soporte dentro del cerebro.[4]​ Las células gliales no pueden producir los potenciales de acción necesarios entre neuronas para la comunicación activa del sistema nervioso, es por esto que su papel no es activo.

Sin embargo, investigaciones demuestran que estas células (gliotransmisores) expresan excitación frente a los cambios intracelulares de concentraciones de Ca2+. Estos cambios se relacionan con los flujos de neuronas medidas por el receptor NMDA en las neuronas próximas al tálamo ventrobasal.[3]

Las células gliales superan en número a las neuronas del cerebro, siendo más del 70% de todas las células en el sistema nervioso central.[5]​ Esta es la razón de la importancia de la existencia de los gliotransmisores, ya que no solamente tienen funciones estructurales, sino que pueden actuar en la comunicación intercelular de neuronas, microglía y otros astrocitos al recibir impulsos, organizar información y enviando señales químicas.[5]​ La señalización de Ca2+ también participa en el control de flujo sanguíneo del cerebro.[3]

Se ha demostrado el control de los gliotransmisores en el desarrollo sináptico, y regulación funcional de la sinapsis, ya que su liberación puede ocasionar acciones paracrinas en astrocitos, así como la regulación de la neurotransmisión.[1]​ Los gliotransmisores no solo pueden ser definidos por su presencia en células gliales, sino también por su ruta metabólica.[6]​ Su función es determinada por su tipo, ya que cada gliotransmisor tiene diferente objetivo, receptor y acción.

Las células gliales son importantes en las funciones hormonales y neuroendocrinas del sistema nervioso central, y también tienen un rol activo en procesos como dormir, cognición, función sináptica y plasticidad, remielinización y la regeneración de tejido nervioso dañado.[4]​ Otra de sus funciones es la regulación de la neuronas neurosecretoras y la liberación de hormonas.

Tipos de gliotransmisores[editar]

Los principales tipos de gliotransmisores liberados de astrocitos, son el glutamato y el ATP. El glutamato es el neurotransmisor estimulante más importante del sistema nervioso central, es caracterizado por su habilidad de aumentar la concentración citosólica de Ca2+ en los astrocitos.[7][8]​ Los principales receptores objetivo, son los de kainato, metabrotópicos de glutamato (mGluRs) y los N-metil D-aspartato (NMDARs).[1][9]​ NMDARs son receptores glutamatérgicos, tienen un rol muy importante en la plasticidad sináptica.[1]​ Los gliotransmisores tienen otras funciones, por ejemplo, despolarización sincrónica, aumento de frecuencia de flujo postsináptico, aumento de la posibilidad de liberación y frecuencia, de AMPA, un receptor dependiente del flujo postsináptico.[1]​ Los NMDARs son controlados por un canal receptor dependiente del voltaje que es bloqueado por magnesio.[7]​ El calcio puede entrar a través de los canales de NMDAR gracias a la polarización, lo cual remueve la obstrucción de magnesio, así activando los receptores.[7]

El ATP es un gliotransmisor liberado de los astrocitos y su función es restringir la actividad neuronal. Sus objetivos son los receptores P2X, P2Y, y A1.[1]​ Tiene varias funciones como gliotransmisor, como inserción de receptores AMPA en las terminales postsinápticas, actividad paracrina a través de ondas de calcio en los astrocitos, y supresión de transmisión sináptica.[1]​ En la retina se controla la actividad neuronal mediante la habilidad de la molécula para hiper-polarizar la neurona, convirtiendo ATP en adenosina.[8]​ El ATP facilita la neuroinflamación y la remielinización al introducirse en el espacio extra-celular después de una lesión para activar los receptores purinérgicos, estos aumentan la producción de gliotransmisores.[10]

El mecanismo de liberación de ATP de los astrocitos no está bien definido. No es claro si la gliotransmisión a través de ATP, sea calcio-dependiente, se cree que la liberación de ATP depende del Ca2+ y de la proteína SNARE e involucra múltiples rutas, la exocitosis es el método asumido para su liberación.[5][8]

Otros gliotransmisores menos comunes son:

  • ácido homocistéico, un receptor ácido endógeno N-metil-(D)-aspartico (NMDAR), el cual es agonista.
  • taurina
  • factor natriurético atrial (ANF)
  • factor de necrosis tumoral alfa (TNF-alfa).

Comunicación intercelular[editar]

La neurotransmisión hace referencia solamente al intercambio de información entre neuronas; la gliotransmisión, no solamente da lugar entre astrocitos, sino entre astrocitos, neuronas y microglía.[5]​ Entre los astrocitos, una onda de actividad de Ca[2+] puede ser iniciada aunque no se encuentren en contacto, estimulando así la liberación de gliotransmisores.[5]​La gliotransmisión también puede ocurrir entre los astrocitos y microglía.[5]​ Las ondas de Calcio dentro de la matriz intracelular del astrocito causa una iniciativa en la microglía al estar presente ATP en la matriz extra-celular.

Un estudio demostró que un estímulo mecánico provoca una liberación de ATP por parte de los astrocitos, que a su vez causa una respuesta de Calcio retardada en microglía, esto indica que la comunicación astrocito-microglía podría estar mediada por ATP.[5]​ La comunicación entre astrocitos y neuronas es de gran importancia para la correcta función neuronal.[5]​ La sinapsis tripartita es un ejemplo frecuente de la comunicación entre astrocitos y neuronas, incluye las terminales pre- y postsinápticas de dos neuronas y un astrocito.

Los astrocitos tienen la capacidad de modular la actividad neuronal, ya sea estimulando o inhibiendo la transmisión sináptica, dependiendo del tipo de gliotransmisor liberado. Particularmente el glutamato, el cual se caracteriza por su poder excitatorio en neuronas, o el ATP, que inhibe ciertas funciones presinápticas en las neuronas.[5]

Sinapsis tripartita[editar]

Que la liberación de gliotransmisores sea a través del aumento del calcio causando la transmisión sináptica, indica la "sinapsis tripartita".[11]​ La sinapsis tripartita consiste en la localización de los astrocitos y las sinapsis, es un concepto de la fisiología sináptica en el cual la sinapsis se divide en tres partes:terminal presináptica, terminal postsináptica y un astrocito como mediador.[3]​ Un modelo de la sinapsis tripartita muestra que las terminales pre- y postsinápticas se encuentran adyacentes una de la otra, el astrocito envolviendo la terminal postsináptica.[1]

Sin embargo, la localización y distribución espacial de los tres componentes de la sinapsis tripartita varia dependiendo de la región del cerebro. Los canales de potasio entre los astrocitos y las terminales presinápticas, hacen posible la liberación de los iones K+ y evitan su acumulación posterior a la actividad neuronal. La liberación de neurotransmisores de las vesículas presinápticas activa los receptores metabotrópicos del astrocito, que a su vez causa la liberación del astrocito de los gliotransmisores de la célula.[1]

Los astrocitos son bidireccionales, lo que significa que pueden comunicarse e intercambiar información con los elementos pre- y postsinápticos. Dicha comunicación es controlada principalmente por el cambio de concentración de Ca2+, causando la excitación del astrocito.[3]​ La capacidad humana para responder al cambio de ambiente tanto interno como externo, incrementa según la regulación hormonal de la sinapsis tripartita.[4]

Rol en Salud y Enfermedad[editar]

El aumento en gliotranmisión, podría contribuir al desarrollo de epilepsia y a la disminución de esquizofrenia.[1]​ El conteo de astrocitos ha resultado ser útil, en pacientes que sufren de depresión se ha notado un mejor conteo de astrocitos. Más investigaciones y el entendimiento de la correlación entre gliotransmisores y desordenes neurológicos, podrían dar una nueva dirección al tratamiento terapéutico en el cerebro.[1]​ Otros estudios han demostrado que el aumento y disminución de NMDARs, los cuales son controlados por los astrocitos, tienen un rol importante en varios desordenes neurodegenerativos. Incluyendo enfermedades como Alzheimer, Parkinson, Huntington, esquizofrenia, apoplejía y epilepsia.[6]

Se cree que ciertas enfermedades neurodegenerativas, particularmente la esquizofrenia y la epilepsia, también pueden ser causadas por la variación de los niveles de gliotransmisiones y la excitabilidad por el calcio.[1]

La hipótesis de glutamato de esquizofrenia es una teoría que propone que la deficiencia de glutamato, la cual ocasiona a la disfunción de NMDAR en las terminales presinápticas, causa los síntomas de esquizofrenia.

De acuerdo a algunas investigaciones, la hipofuncionalidad de NMDAR es causada por disminución de gliotransmisiones facilitados por la D- serina. En estudios recientes, se ha demostrado que la D-serina y la serina racemasa están presentes en las neuronas en las que la D-serina no tiene un rol como gliotransmisor. La hipótesis del glutamato es sustentada por el hecho de que la cicloserina, que actúa como agonista para el sitio receptor de NMDAR, es usada en los tratamientos de pacientes con esquizofrenia. En el caso de la epilepsia, se sabe que el glutamato tiene un rol en la despolarización sincrónica.[1]​ Esto ha llevado a los expertos a creer que la excitación de las descargas epilépticas podría ser causada por la gliotransmisión mediada por el glutamato. Aunque algunos estudios prueban que todas las excitaciones causadas por gliotranmisiones implican descargas eléctricas, también podrían aumentar la intensidad de onda de la actividad epileptiforme.[1]

Los cinco primeros transmisores mencionados, son principalmente excitatorios y por lo tanto podrían dirigir a la apoptosis neuronal a través de la excitocidad cuando es expresada en grandes cantidades.[1]​ En el caso de enfermedades neurodegenerativas, en la investigación del Alzheimer, hay evidencia que apunta que al aumentar de activación glial y la cantidad (tanto de glia como de astrocitos) decrece el número de neuronas.[12]

Casos documentados indican que el exceso del gliotransmisor TNF en el fluido cefalorraquídeo en pacientes con Alzheimer juega un rol importante en la patogénesis de la enfermedad, una hipótesis es que ocasiona irregularidades en el mecanismo sináptico, los cuales son modulados por TNF.[13]

Véase también[editar]

Referencias[editar]

  1. a b c d e f g h i j k l m n ñ o Halassa, M; Fellin, T; Hayden, P (2006). «The tripartite synapse: roles for gliotransmission in health and disease». Trends in Molecular Medicine 13 (2): 54-63. PMID 17207662. doi:10.1016/j.molmed.2006.12.005. 
  2. Agulhon, C.; Fiacco, T.A.; McCarthy, K.D. (2010). «Hippocampal Short- and Long-Term Plasticity Are Not Modulated by Astrocyte Ca2+ Signaling». Science 327 (5970): 1250-4. PMID 20203048. doi:10.1126/science.1184821. 
  3. a b c d e Parea, G.; Araque, A. (2005). «Synaptic regulation of the astrocyte calcium signal». J Neural Transm 112: 127-135. doi:10.1007/s00702-004-0170-7. 
  4. a b c Garcia-Segura, Luis M.; McCarthy, Margaret M. (2004). «Minireview: Role of Glia in Neuroendocrine Function». Endocrinology 145 (3): 1082-1086. doi:10.1210/en.2003-1383. 
  5. a b c d e f g h i Koizumi, S; Fujishita, K; Inoue, K (Sep 2005). «Regulation of cell-to-cell communication mediated by astrocytic ATP». Purinergic Signal 1 (3): 211-217. PMID 18404506. doi:10.1007/s11302-005-6321-y. 
  6. a b Oliet, Stéphane H.R.; Mothet, Jean-Pierre (2006). «Molecular Determinants for D-Serine-Mediated Gliotransmission: From Release to Function». Glia (Wiley InterScience) 54 (7): 726-737. doi:10.1002/glia.20356. 
  7. a b c Martineau, Magalie; Baux, Gérard; Mothet, Jean-Pierre (2006). «Gliotransmission at central glutamatergic synapses: D-serine on stage». Purinergic Signalling 1: 211-217. 
  8. a b c Zhang, Q.; Haydon, P.G. (2005). «Roles for gliotransmission in the nervous system». J Neural Transm 112: 121-125. doi:10.1007/s00702-004-0119-x. 
  9. D’Ascenzo, Marcello; Fellin, Tommaso; Terunuma, Miho; Revilla-Sanchez, Raquel; Meaney, David F.; Auberson, Yves P.; Moss, Stephen J.; Haydon, Philip G. (2007). «mGluR5 stimulates gliotransmission in the nucleus accumbens». Proc Natl Acad Sci U S A 104 (6): 1995-2000. PMID 17259307. doi:10.1073/pnas.0609408104. 
  10. Walter, Lisa; Dinh, Thien; Stella, Nephi (2004). «ATP Induces a Rapid and Pronounced Increase in 2-Arachidonoylglycerol Production by Astrocytes, a Response Limited by Monoacylglycerol Lipase». J Neuroscience 24 (3): 8068-8074. doi:10.1523/jneurosci.2419-04.2004. 
  11. Araque, A; Parpura, V; Sanzgiri, RP; Haydon, PG (1999). «Tripartite synapses: glia, the unacknowledged partner». Trends Neurosci. 22 (5): 208-215. doi:10.1016/s0166-2236(98)01349-6. 
  12. Rivera, EJ; Goldin, A; Fulmer, N; Tavares, R; Wands, JR; de la Monte, SM (2005). «Insulin and insulin-like growth factor expression and function deteriorate with progression of Alzheimer's disease: link to brain reductions in acetylcholine». J Alzheimers Dis 8 (3): 247-268. PMID 16340083. 
  13. Tobinick, E.; Gross, H. (2008). «Rapid improvement in verbal fluency and aphasia following perispinal etanercept in Alzheimer's disease». BMC Neurol 8: 27. PMC 2500042. PMID 18644112. doi:10.1186/1471-2377-8-27.