Estructura general de la neurona. Diversidad neuronal. Dendritas y espinas dendríticas.

Axones. El soma neuronal, organización del núcleo, citoplasma y orgánulos

Tema 01

Es un tejido epitelial altamente especializado, este tejido es irritable y responde a estímulos produciendo respuestas. No hay matriz extracelular, el espacio extracelular esta muy reducido (10nm).

El sistema nervioso comprende toda la masa de tejido nervioso presente en el organismo

La función del tejido nervioso es la comunicación. Recibir señales. Generar respuestas. Transmitir respuestas.

Se consigue mediante corrientes iónicas que recorren la superficie neuronal. La comunicación de una neurona con otra se realiza mediante receptores químicos acoplados a canales ionicos.

Tipos celularesEl Tejido nerviosos está constituido por: Neuronas y células de glía que se agrupan para formar:

- Parénquima nervioso del sistema nervioso central- Ganglios, nervios y terminaciones nerviosas.

Células de glía. Proporcionan un microambiente adecuado y elementos necesarios para la correcta función neurona.

Neuronas. Generan y transmiten señales eléctricas (base de la función). Similares a las de otros órganos. Nº muy alto (e10-e12). Diversidad amplia: Mofológica, molecular (neuroquímica) y

funcional. Patrones de conexión precisos.

Esta complejidad es la base de los procesos sensoriales, percepción y comportamiento

Morfología de la neurona generalizada

Soma neuronal (pericarión): Contiene el núcleo.Ramificaciones (neuritas) Dos tipos:

Dendritas, Emergen del soma. Se ramifican y adelgazan. Patrón complejo y variable de ramificación.Espinas dendríticas: Protuberancias de las dendritas: zonas de contacto sináptico. (no siempre presentes)

Axón, Único. Emerge del soma o dendrita 1ª. Cortos o ausentes Largos (médula-pie)

Cono axónico→ Segmento inicial → Rama principal (mielinizada o no), → colaterales → telodendria terminalBotones sinápticos de paso y terminales.Sinapsis: zonas de contacto con otras células nerviosas o células diana (ej: musculares)

Cuerpo celular: recepción y trófica. Dendritas: recepción. Axón: transmisión. Terminales axónicos. Paso señal a próxima célula.

Principio de la polarización dinámica de Cajal. Las señales eléctricas fluyen en una sola dirección.Desde la zona de recepción (dendritas, soma) hacia el punto gatillo del axón.Desde allí se extiende el potencial de acción unidireccionalmente hasta los botones presinápticos.

Principio de la especificidad de conexión. Las neuronas establecen conexiones específicas con células postsinápticas específicas y en sitios postsinápticos concretos.

Similares a células epiteliales. Muy polarizadas.

Compartimentalizadas(necesario para procesado de señales eléctricas). Membranas excitables.

Otras células también están polarizadas (Epiteliales) o tienen membranas excitables (Musculares). Pero neuronas en extremo.

Origen de las Neuronas

Aparición del sistema nervioso

Aspectos historicos

- teoria celular (inicios siglo XIX), teoría neuronal (fin polémica: mitad siglo XX)●dificultades de estudio: complejidad del neuropilo técnicas neurohistologicas (impregnaciones)

polémica sobre el "tercer elemento nervioso"- neuronas y neuroglia

neuroglia: dos tipos (macro y micro)las "micro" son a su vez dos tipos (oligo y microglia)

- microscopia electronica: la sinapsis fin de polémicas sobre reticularismo - teoria neuronal

- las neuronas aparecen como unidades anatómicas (celulares) netamente individualizadas (delimitadas por una membrana y con espacio intercelular que las separa)

El metodo de Golgi permite ver siluetas de dendritas y axonescon precision, pero solo de algunas neuronas

Con el metodo de Golgi pueden observarse distintos tipos celulares

Tipos neuronasMultiples clasificaciónesFuncional. Sensoriales Motoras Interneuronas

Clasificacion de las neuronas: sensoriales, motoras e interneuronas

Neuronas sensoriales

(1)- cels-ciliadas-bipolar(ganglio) (audicion, equilibrio)

(2)- olfativas(3)- ganglionares monopolares

(mecanoreceptores piel y musculo)

- quimioreceptores (c.gustativos,c.carotideo)- fotorreceptores (conos y bastones retinianos)

FIGURE 2 Receptor morphology and relationship to ganglion cells in the somatosensory, auditory, and visual systems. Receptors are specialized structures that adopt different shapes depending on their function. In the somatosensory system the receptor is a specialized peripheral element that is associated with the peripheral process of a sensory neuron. In the auditory and visual systems, a distinct type of receptor cell is present. In the auditory system, the receptor (hair cell) synapses directly on the ganglion cell, whereas in the visual system, an interneuron receives synapses from the photoreceptor and in turn synapses on the retinal ganglion cell. Adapted from Bodian (1967).

Neuronas motoras(1) - musculares(2) - glandulares (ganglios vegetativos)(3) - neurosecretoras (hipotalamo, epifisis)

3 1 2

Innervación Motora

NEURONAS DE INSECTOS

Destino del axón De proyección

(principales). Locales (interneuronas).

Longitud del axón: Golgi I: axón largo Golgi II: axón corto

Morfología del axón y zona de contacto sobre la célula postsináptica. e.g. Neuronas de los cestos contacta soma

Morfología del árbol dendrítico y número de dendritas que parten del soma Unipolares Bipolares Seudounipolares Multipolares (muy variadas)

Interneuronas: gran diversidad, ensayos de taxonomia

Cada centro nervioso tiene su propia poblacion con caracteristicas particulares; en general suelen distinguirse dos grandes grupos: neuronas: “principales” (excitadoras, de proyeccion con axones de longitud media-larga) y “no principales” (“interneuronas” propiamente dichas; inhibidoras, de axones locales, cortos)

Espinas dendríticas Espinosas. No espinosas. Poco espinosas.

Según neurotransmisor Colinérgicas. Glutamatérgicas. GABAérgicas, etc.

Según acción postsináptica Excitadoras. Inhibidoras.

NeuronaMuy grandes 10-250 μm en soma.Membrana plasmática. Gran cantidad en relación al volumen. Barrera hidrofóbica. Rica en receptores y canales iónicos.

Citoplasma.Función trófica. Muy abundante, gran cantidad de orgánulos. Citoesqueleto muy desarrollado.

Orgánulos membranosos↑↑↑ RER, gran cantidad, grumos de Nissl, ↑↑↑ REL, lípidos. Almacenamiento regulado de Ca2+ a lo largo de toda la célula. Muy abundante en las dendritas.↑↑↑ Golgi.Vesículas de transporte,secreción y sináptica.Endosomas y lisosomas.Peroxisomas (detoxificación)↑↑ Muchas mitocondrias (requerimientos de energía).

CitoesqueletoMicrotúbulos, microfilamentos de actina y neurofilamentos (fil. Intermedios). Determina morfología neuronal, distribución de orgánulos, transporte axónico.

NúcleoMuy grande, esférico, casi todo eucromatina.Envoltura nuclear con muchos poros.Uno o mas nucléolos de gran tamaño.

Soma-dendritas sin frontera funcional.Los orgánulos del soma también en las dendritas (menos abundantes al alejamos del soma, RER, Golgi, lisosomas).

Soma-axón (cono axónico) con frontera funcional.Solo algunos orgánulos. Axones ricos en vesículas sinápticas y endomembranas relacionadas.

Mitocondrias y REL: Presentes en todos los compartimentos, incluido el axón.

Observense los grumos de Nissl en el citoplasma y la distinta configuracion de la cromatina en el nucleo de una motoneurona (n) y de un astrocito (ag), oligodendrocito satelite (olg) y microglia perineuronal (mg).

n

nl

Nissl

olg

mg

ag

Soma neuronal

Soma neuronal

(corte ultrafino, microscopia electronica)Nissl

n

nlo

olg

El núcleo

Acino pancreático

Arriba: Diversos aspectos del núcleo en una neurona, un astrocito y una célula de

oligodendroglia

muestra diversas apariencias y estados funcionales en los distintos tipos de

células nerviosas

Núcleo neuronal “típico”En neuronas, el nucleo tiene casi

toda su cromatina como "eucromatina", solo una minima cantidad es "heterocromatina" compacta que suele acumularse alrededor del nucleolo.

El compartimento de “intercromatina” es complejo, aparte del “nucleoesqueleto de laminas” tiene:

a) Nucleolo (sintesis de RNA preribosomicos)

b) Cuerpo de Cajal (small nuclear y nucleolar ribonucleoproteinas snRNP y snoRNP)

c) Cuerpos PML (reguladores de transcripcion, SUMO-1 ubiquitina, clastosomas) (bastones Cajal, cuerpos de Marinesco, …)

d) Nuclear “speckles” (sitios de mRNA y factores de “splicing”)

(PML-ProMyelocytic Leukaemia)

Fig. 1.2.1. The pyramidal cell nucleus (N) with two nucleoli (arrows) and an apical dendrite (D). Scale = 2 µm. (Mouse, neocortex.)

Núcleos de neuronas granulares

Fig. 1.9.3. The cerebellar synaptic glomeruli in the granular layer of the cerebellar cortex. Large mossy fiber terminal (arrow) makes synapses with dendrites of granule cells (G). Scale = 2 µm. (Mouse, cerebellar cortex.)

Las neuronas de los granos son las únicas que muestran cromatina compacta en forma de grumos de heterocromatina bajo la cubierta nuclear

Cromatina

Los grumos de heterocromatina suelen ubicarse bajo la membrana nuclear o alrededor de nucleolos,

tanto en celulas gliales como, excepcionalmente, en neuronas

granulares de ultima generacion

La cromatina neuronal tiene diferente patrón de compactacion según la fase maduración neuronal

Neuronas madurasneurona inmadura (migrante)

Núcleos de neuroblastos

Fig. 1.9.10. Precursor cells of nervous tissue from the wall of developing telencephalon. N - nucleus, P - layer of developing dendrites and axons. Scale = 3 µm. (Chicken, embryonal telencephalon.)

Idem, nucleos con eucromatina y nucleolos patentes (incluso en estas celulas blasticas)

Fig. 2. Regulation of chromatin positioning and of transcriptional activity at specific nuclear regions. Sequence-specific transcription factors in conjunction with chromatin remodeling and histone modifying complexes determine local chromatin structure and histone modifications (dark-green: condensed, silenced, hypoacetylated and other “inactive” histone marks; red with Ac: decondensed, active, hyperacetylated and other “active” histone marks). Transcription factors also play an important role in chromatin positioning and recent evidence suggests that radial chromatin positioning, interactions with the lamina, and differential associations with heterochromatic and euchromatic nuclear areas might be determined by local chromatin structure and histone modifications and in particular by the patterns of histone acetylation (red and green arrows pointing to the different nuclear regions and sub-structures). The patterns of histone acetylation of the corresponding different chromosomal domains are inherited through mitosis (red and green banding pattern on mitotic chromosome) and this might provide a pathway for the re-establishment of chromatin arrangements and radial nuclear order after mitosis (bottom, black arrows). Transcription factors are not evenly distributed in the nuclear space and transcriptional repressors (brown dots) are enriched at the nuclear periphery (brown arrow), while transcriptional activators are enriched in areas containing transcription factories (yellow arrow). At the nuclear periphery the enrichment in transcriptional repressors and histone deacetylase (HDAC)3-interacting with the nuclear lamina and associated INM proteins (grey Xs) – might contribute to a reinforcement (left, black arrows) of histone marks, positioning, and silencing of chromatin residing in this area (silenced locus: dark-green dot, perinuclear heterochromatin: light-green). Positioning of perinuclear chromatin might be also reinforced by direct interactions of hypoacetylated chromatin with the lamina and INM proteins. At active nuclear regions (right) trans-acting and transcription factors associated with chromatin modifying complexes regulate interactions with other structures involved in gene expression (top, black arrow), such as transcription factories (yellow) and nuclear pores (orange). In addition, gene loci (grey) also interact with each other and such interactions can take place while loci are associated with other nuclear structures. Interaction with other components like nuclear pores and splicing speckles (pink) might also help to coordinate transcription with pre-mRNA splicing and RNA export. The formation of transcription factories and of splicing speckles in the nuclear interior might be driven by self-assembly on active chromatin and chromatin poised to be active harboring corresponding histone marks and localizing in the area (black arrow, right, middle). Self-assembly on corresponding chromatin domains and other interactions with active chromatin/chromatin poised to be active might also confine these domains to the active nuclear interior. Conversely, interactions with transcription factories and splicing speckles and other domains might stabilize and refine chromatin positioning in this nuclear area and reinforce and refine local chromatin structure and histone modifications (black arrow, right, bottom). (Fedorova, 2008)

Ubicación y movimientos de segmentos cromosomicos a zonas hetero- o eu-cromatinicas

(a base de de-acetilacion y metilacion para silenciar y de hiperacetilacion para activar)

Nucleolo

Fig. 1.2.8. The nucleolus of the Purkinje cell. Nucleolonema (red arrow) and perinucleolar chromatin (blue arrow). Scale = 500 nm. (Mouse, cerebellar cortex.)

El nucleolo es el lugar de congregacion de los "organizadores nucleolares“ (zonas de cromosomas con multiples copias de una misma secuencia que codifica los RNA ribosomicos)estructura transitoria en celulas mitoticas (desaparece durante la division celular) y muy desarrollada en neuronas

El nucleolo tiene muy variadas configuraciones de sus elementos estructurales: a) heterocromatina perinucleolarb) centros fibrilares (DNA): homogeneos (transcribiendo) y heterogeneos (con el DNA plegado) c) pars fibrilar (RNA)d) pars granular (RNA)e) + "nucleolo-esqueleto" y sistemas enzimaticos (nucleolina, AgNOR, SnuRP, proteinas ribosomicas, etc.)

Nucleolo

Scheer '93

heterocromatina perinucleolar

pars granular

pars fibrilar

centro fibrilar

Estructuras de ribonucleoproteinacompartimentos de "transcripcion"

Fibras de pericromatinaGranos de pericromatina

Nucleolo y cuerpo accesorio de Cajal ("coiled body")

Nucleo de neuronas de Purkinje (Lafarga et al., 1995)

c. de Cajalcoiled body

heterocromatina perinucleolar

compartimento receptor de los SMN nuevos (citoplasmicas “gemins”+snRNP+snRNA) o recicladas (de los “speckles” o areas de splicing) (coilina p80, splicing snRNA, splicing snRNA factors)

Ciclo de las snRNP por el cuerpo de Cajal, “speckles” y fibras de pericromatina

Fig. 1. The Spliceosomal U snRNP Cycle. Newly-synthesized spliceosomal U snRNAs (pink squares) are exported to the cytoplasm where they are assembled into U snRNPs (red squares) by the SMN complex, which also transports them into the nucleus and delivers them to the Cajal body. Further modifications of U snRNPs and assembly of the tri-snRNP occurs in the Cajal body before the snRNPs are assembled into the spliceosome in situ on newly-transcribed pre-mRNA in the perichromatin fibrils (PF) at the chromatin periphery. Essential splicing factors are supplied by the splicing speckle, or interchromatin granule (ICG). After each splicing step, UsnRNPs are re-cycled to the Cajal body for re-assembly and the spliced mRNA with attached proteins (mRNP) is exported to the cytoplasm. The balls represent SMN (“1” = gemin1), gemins 2–8 and unrip. The Sm ring is the U snRNA with seven Sm core proteins attached. Morris (2008) Biochimica et Biophysica Acta 1783:2108–2115

Fig. 1.2.7. Intranuclear rod (arrow) in pyramidal cell. The filamentous structure is apparent in the inset. Scale = 1 µm. (Mouse, neocortex.)

Cuerpos PML (reguladores de transcripcion, SUMO-1 ubiquitina, clastosomas) (bastones Cajal, cuerpos de Marinesco, …) (PML-ProMyelocytic Leukaemia)

Inclusiones nucleares: bastones intranucleares de Cajal

La cubierta nuclear de neuronas: Invaginacion nuclear, neurona de Purkinje

Fig. 1.3.2. The perikaryon of the Purkinje neuron. N - nucleus with an indentation. Scale = 3 µm. (Mouse, cerebellar cortex.)

En neuronas muy activas (en muchas interneuronas) la cubierta nuclear aumenta su superficie y se generan pliegues o invaginaciones caracteristicas

Poros nucleares

Poros nucleares

Corte tangencial corte perpendicular

nucleo citoplasmaEn el nucleo de neuronas hay una gran densidad de poros nucleares; controlan el intenso trafico de proteinas y RNA entre citoplasma y nucleo.

Los poros nucleares son estructuras complejas, con simetria radial (octogonal) formados por numerosas proteinas que controlan el paso de moleculas y particulas de uno a otro lado de la cubierta nuclear. Por ejemplo, solo dejan salir RNAm tras el procesado y eliminacion de "intrones" ("splicing") y solo dejan entrar proteinas con la señal de localización nuclear.

Transporte activo.

Pericarion neurona ganglionar

Fig. 1.3.5. Perikaryon of the unipolar nerve cell from the trigeminal ganglion. N - nucleus of ganglion cell. Scale = 10 µm. (Rat, trigeminal ganglion.)

Glia envolvente alrededor de neuronas ganglionares con citoplasma y nucleo voluminosos. El nucleo solo con eucromatina y nucleolo prominente

Citoplasma perinuclear: ribosomas y RER

Fig. 1.2.2. The pyramidal cell nucleus (N) with an indentation (arrow). Scale = 1 µm. (Rat, hippocampus.)

El citoplasma perinuclear contiene cisternas membranosas que conforman los grumos de Nissl (RER) y el aparato de Golgi

Reticulo endoplasmico liso y rugoso

Figure 12-35. Three-dimensional reconstruction of a region of the smooth and rough ER in a liver cell. The rough ER forms oriented stacks of flattened cisternae, each having a luminal space 20 to 30 nm wide. The smooth ER membrane is connected to these cisternae and forms a fine network of tubules 30 to 60 nm in diameter.

Figure 12-34. Abundant smooth ER in a steroid-hormone-secreting cell. This electron micrograph is of a testosterone-secreting Leydig cell in the human testis.

Reticulo endoplasmico liso

membrana con grosor inferior a la plasmatica. Con citocromos y cadenas transportadora de electrones

Funciones principales:incorporacion y metabolismo lipidico (detoxificacion, hepatocitos),almacenamiento de iones (calcio, zinc), movilizacion del glucogeno (hepatocitos,

hibernacion poiquilotermos)

Particularidades en neuronas- Red tubular interna neuronal (vacuolas y alojamiento mitocondrial)- Cisternas submembranosas

(subsuperficiales)- Aparato de la espina- Vesiculas de aporte

Cisternas sub-superficiales

Fig. 1.1.2.12. Subsurface cisterns (empty arrows) in this cerebellar granule cell are confluent with granular endoplasmic reticulum and its perinuclear cistern. N - nucleus, large arrows - nuclear pores, A - astrocyte process. Scale = 100 nm. (Mouse, cerebellum.)

Cisternas membranosas que se ubican debajo de la membrana plasmatica

Pueden estar en comunicación con la cisterna perinuclear, formar "pilas" y tener el lumen obliterado

(acumulan proteinas de adhesion?)

Fig. 1.1.2.13. Stacked subsurface cisterns in neocortical neuronal perikaryon (N). A - astrocyte process. Scale = 200 nm. (Mouse, neocortex.) (Mouse, cerebellum.)

A veces son continuacion del RER y forman "pilas" de varias unidadesEnfrente suelen tener un astrocito y excepcionalmente un boton sinaptico

Fig. 1.1.2.7. Subsurface (subplasmalemmal) cistern (arrow) accompanied with mitochondria in Purkinje neuron. A - astrocyte process. Scale = 150 nm. (Mouse, cerebellar cortex.)

Aparato de la espina

Fig. 1.4.1.21. Mushroom-shaped dendritic spine making perforated synapse with axon terminal (at). A very narrow tubule (arrows) runs through the spine neck and connects the endoplasmic reticulum of the dendritic stem (D) with cisternae of the spine apparatus (sa). Scale = 400 nm. (Mouse, neocortex.)

Cisternas en forma de sacos aplanados que se ubican en el interior de espinas dendriticas (son almacenes transitorios de iones calcio, movilizados durante la transmision sinaptica)

Fig. 1.4.1.27. Polyribosomes (arrows) in the head of a mushroom-shaped spine. One of them is associated with a cistern of spine apparatus (sa). Scale = 200 nm. (Mouse, neocortex.)

En algunas espinas (corteza cerebral) hay material denso entre las cisternas membranosas, e incluso puede haber ribosomas

Vesículas de aporteEstas acumulaciones de vesiculas estan presentes en

los sitios de crecimiento, son "prefabricados" de bicapa lipidica listos para construir una prolongacion

dendritica/axonica

Son frecuentes en terminales axonicos con alta plasticidad y crecimiento

Corteza cerebral de lagartija

Vesiculas de aporte o filopodios ?

Reticulo endoplasmico rugoso (RER)

Fig. 1.1.2.2. Granular endoplasmic reticulum (R) organized into parallel cisternae forming the tigroid (Nissl) substance. N - nucleus of the Purkinje cell. Scale = 1 µm. (Rabbit, cerebellar cortex.)

En neuronas, las pilas de RER forman paquetes voluminosos, visibles en el microscopio optico (grumos de Nissl)

(sintesis de proteinas de membrana, lisosomicas, o de secreccion)

Reticulo endoplasmico rugoso

anclaje de ribosomas: peptido señal, particula de reconocimiento (SRP) receptor ribosomico y complejo (poro) de translocacion de la cadena peptidicaincorporacion de cadenas peptidicas recien generadas, dominios transmembrana, secuencia de parada, peptido final de transferencia, desprendimiento de ribosomas glicosilacion de proteinas en RE (N-asparagina) (oligosacaril transferasa) (dolicol)transferencia de cadenas peptidicas a fosfolipidos de membrana relaciones con la red "cis" de dictiosomas:

transporte RE==>Golgi (inhibido por brefeldina-coatomeros)

transporte Golgi==>RE (retorno, inhibido por nocodazole)

Particularidades en neuronas:Hipertrofia: grumos de NisslDistribuido por el citoplasma de soma y dendritas, pero nunca en el axon (interferencia de actividad bio-electrica en la sintesis proteica)

Dictiosomas y Aparato de Golgi

Fig. 1.1.3.1. Golgi apparatus in the thalamocortical relay neuron. N - nucleus, Golgi sacculi - red arrow, Golgi vesicles - blue arrow. Scale = 300 nm. (Rat, lateral geniculate nucleus.)

El aparato de Golgi es el conjunto de "dictiosomas" o pilas de sacos membranosos rodeados de vesiculas de

variada morfologia

Procesa proteinas generadas en el RE que pasan al ap de Golgi y son transferidas secuencialmente a:

1) red "cis", 2) cisternas cis (osmio),3) cisternas trans (NDPasa); 4) red trans (fosfatasa acida)

Fig. 1.1.3.4. Golgi apparatus in the thalamocortical relay neuron. N - nucleus. Arrows - coated tubules and transport vesicles. Scale = 400 nm. (Rat, thalamus.)

Durante el paso por los sucesivos compartimentos se procesan las proteinas eliminando residuos de azucares (manosa) y añadiendo otros (N-acetilglucosamina, ac. sialico)Tambien se distribuyen hacia compartimentos:a) proteinas intrinsecas: glicoproteinas membrana, receptores, ("secreccion constitutiva")b) proteinas de secreccion: hormonas peptidicas, neuropeptidos, neurotransmisores, ("secreccion regulada")c) proteinas del GERL-lisosomas, hidrolasas (manosa 6-fosfato, receptor manosa-6-fosfato, clatrina, endosoma pH acido, desprendimiento receptor man 6P)

Cuerpo multivesicular

Fig. 1.1.5.1. Multivesicular body (arrow). Note vesicles in its vicinity. Scale = 200 nm. (Rat, hippocampus.)

El cuerpo multivesicular es el primer lugar de congregacion de vesiculas de endocitosis

Fig. 1.1.5.2. Multivesicular body. The tubular extension (arrow) connects the multivesicular body to endosomal protein sorting compartments. Scale = 200 nm.

(Mouse, cerebellar cortex.)

La adicion de nuevas vesiculas y aumento de tamaño del cuerpo multivesiculado desencadena procesos de transporte

y formacion del "endosoma"

Fig. 1.1.5.3. Large multivesicular body (asterisk). N - nucleus of pyramidal cell. Scale = 1 µm. (Mouse, neocortex.)

El endosoma es un compartimento acido que puede fundirse con un lisosoma para "digerir" su contenido

Endosoma

Lisosomas

Fig. 1.1.6.2. Secondary lysosome (red arrow) and peroxisomes with lamellar nucleoids (blue arrows) in the pyramidal cell. N - nucleus. Scale = 400 nm. (Rat, hippocampus.)

El lisosoma es el compartimento de "hidrólisis" del material incorporado (con morfologia muy variada del contenido)

Fig. 1.1.6.1. Secondary lysosome (L) in the histiocyte from injured trigeminal nerve. Scale = 0.5 µm. (Rat, trigeminal nerve.)

Fig. 1.1.6.4. Cytosegrosome (asterisk) - an autolysosome containing focally degenerating cytoplasm. Scale = 200 nm. (Human, neocortex.)

Autofagosoma

Fig. 1.1.6.3. Residual body (lipofuscin granule) in a pyramidal cell (arrow). Scale = 200 nm. (Rat, hippocampus.)

Finalmente el lisosoma acaba ocupado por residuos lipidicos no-hidrolizables, asi se generan los granos de lipofuscina

Grano de lipofuscina

Citoesqueleto

Uniones celulares

Neuropilo

DendritasSuperficie. Placas de receptores y canales dependientes de neurotransmisor (elementos postsinápticos).Porciones proximales. Igual al soma.Porciones distales. Citoesqueleto, REL y mitocondrias (distribución longitudinal). También ribosomas libres (ramificación y base espinas).Citoesqueleto. Organizados en fascículos. ↑↑microtúbulos: polaridad mixta( +-). Neurofilamentos (menos que en axones). Espinas dendríticas. Cabeza y cuello. Reciben sinapsis excitadoras: 1 sinapsis por espina.Red de actina.

La ultraestructura de dendritas es similar a la del soma neuronalribosomas y grumos de Nissl (a veces debajo de espinas)Microtubulos abundantes (haz central) (orientacion mezclada con extremos + y extremos- hacia soma y hacia terminal)menos neurofilamentos que en axones; ciclosis alta (flujo axonico)

Corte transversal a dendrita de celula de Purkinje

Corte longitudinal a dendrita de motoneurona, medula espinal

Corte transversal a dendrita de motoneurona (medula espinal) sobre la que se establecen dos contactos sinapticos (observese la envoltura astrocitaria, As)

Cortes transversales y longitudinal a dendritas (corteza cerebral). En el neuropilo se observan cortes de espinas dendriticas y terminales axonicos (botones presinapticos)

Neuropilo de corteza cerebral con numerosos cortes de dendritas, espinas dendriticas, botones presinapticos, axones y prolongaciones gliales

las dendritas de expanden y ramifican en angulos agudos,las ramas secundarias y terciarias son cada vez mas finas; frecuentemente poseen "espinas dendriticas“

los "arboles dendríticos" son "campos receptores" (antenas) donde se generan los potenciales postsinápticos; la forma del árbol determina propiedades bioelectricas para la integración de impulsos; sumacion espacial-temporal de potenciales postsinapticos

la orientación precisa de los arboles dendríticos (n. Purkinje, perpendicular a f. paralelas) (haces dendríticos, subiculo, hipocampo) permite la distribución ordenada de aferencias axónicas (ejemplo: n. Purkinje: soma-n.cestos, dendritas-primarias-n.estrelladas, espinas-d.primarias-f.trepadoras-oliva, espinas-d. secundarias-f.paralelas-n.granos)

Arboles dendriticos: morfología externa

Los arboles dendríticos tienen formas muy variadas

Figure 4-5. Scaled drawings of some characteristic neurons whose axons (A) and dendrites remain within the central nervous system. (A) Neuron of inferior olivary nucleus. (B) Granule cell of cerebellar cortex. (C) Small cell of reticular formation. (D) Small gelatinosa cell of spinal trigeminal nucleus. (E) Ovoid cell, nucleus of tractus solitarius. (F) Large cell of reticular formation. (G) Spindle-shaped cell, substantia gelatinosa of spinal cord. (H), Large cell of spinal trigeminal nucleus. (I) Neuron, putamen of lentiform nucleus. (J) Double pyramidal cell, Ammon's horn of hippocampal cortex. (K) Cell from thalamic nucleus. (L) Cell from globus pallidus (Golgi preparations, monkey). (Courtesy of the late Dr. Clement Fox, Wayne State University.)

La forma del árbol confiere propiedades de “resonancia“La coincidencia temporal de potenciales postsinapticos en determinados puntos del arbol permite la generacion de potenciales de accion (dendriticos y/o axonicos)

FIG. 4. Intracellular recording in alligator Purkinje cells. (A) Action potentials recorded in Purkinje cell dendrite 200 µm from the surface. Successive hyperpolarizing current Injected through the recording electrode revealed that the large dendritic spike shown on the first trace is actually produced by the addition of all-or-none components (arrows). This dendri tic spike was generated by a dendritic EPSP produced by parallel fiber stimulation (upward arrow).'As the hyperpolarization is increased, the different all-or-none depolarizing potentials are blocked In a sequential manner. (B) Reconstruction of the Intradendritic action potential showing the six all-or-none components shown In (A). (C) Diagram of mechanism of dendritic spike generation. Each all-or-none component is taken to be generated by a different hot spot (shown as a dark area) at or near dendritic bifurcation. The action potential Is produced by the summation of all-or-none local responses that finally reach the soma and generate a full outgoing action potential. (Modified from Llinas and Nicholson, 1971.)

Sitios de inicio del potencial de accion

12-13 FIGURE 13 Early evidence active dendritic properties in normal adult neurons. (A) Intracellular recordings from the soma of a hippocampal pyramidal neuron in an anesthetized cat; large spontaneous action potentials are preceded by a small "fast prepotential" (small arrows), which occasionally occurs in isolation (large arrow). (B) Conceptual schema of how a "trigger zone" at bifurcating dendritic branches could give rise to the fast prepotential and boost the distal dendritic response. From Spencer and Kandel (1961).

Las dendritas reciben axones y sinapsis en sitios especificos:

ejemplo: neurona de Purkinje

soma <----- n.cestos, dendritas primarias <---- n.estrelladas,

espinas dendritas primarias <----f.trepadoras, espinas dendriticas secundarias <----f.paralelas

variaciones de forma con la actividad (sensoras de la actividad sinaptica) estimulacion: ensanchamiento de cabeza y acortamiento del tallo (papel en la LTP-long term potentiation y en la "facilitacion sinaptica")

La distribucion, frecuencia y forma de las espinas dendriticas son indicadores de la situacion funcional:

abundantes en muchas neuronas (piramidales, Purkinje, estrelladas de corteza, s. gelatinosa, talamo, n. vestibulares, etc.);

espinas en somas (n.vestibulares, coclear, oculomotor, n.rojo) y axones (n. piramidales);

distribucion de espinas segun patrones especificos (ej. n. piramidales);

forma y tipo de espina determinado por el tipo de aferencia axonica?

numeros variables (cientos de miles en n. Purkinje y n. piramidales de corteza,);

perdida de espinas (ablacion, irradiacion, foco epileptico, etc.);

deaferenciacion sensorial (no generacion de espinas, aparecen cuando llegan estimulos; ej, corteza visual) (espinas en n. estrelladas de corteza visual; "ratones oscuros"; espinas no dependientes de aferencias visuales) (Valverde)

Espinas dendríticas

Espinas dendriticas (impregnaciones con cromato de plata)(Golgi)

espinas en un axon

El citoesqueleto de las espinas son microfilamentos (actina)

corte ultrafino criofractura

Corte longitudinal a dendrita de Purkinje mostrando varias espinas dendriticas; idem, criofractura

Frecuentemente, cada espina conecta con un solo boton presinaptico

Lizard cerebral cortex

En el interior de la espina se distinguen:

citoesqueleto de la espina: a) red de actinas (8-10nm), b) MAPs fraccion estable al calor y proteinas tau (5-7 nm) (red espinosa), c) tubulinas beta asociadas a membrana plasmatica

cisternas membranosas: aparato de la espina, cuerpos multivesiculados, cisternas sencillas (tallo)

Sinapsis excitadoras e inhibidoras sobre espinas

Tipos de espinas

Los botones de las fibras musgosas son muy complejos; la reconstruccion de cortes seriados permite contar mas de 70 contactos sinapticos sobre la/s espina/s ramificada de una neurona piramidal

El potencial de accion que llegue a esa estructura provoca una liberacion simultanea de vesiculas (neurortransmisores) y activacion de tantos canales ionicos que su accion es similar a una “detonacion”

Espina dendritica ramificada y botón musgoso (MFB)

Las cisternas membranosas, cuerpos multivesiculados y aparato de la espina suelen acumular iones calcio en su interior; en la matriz hay abundantes protein quinasas

Raf-protein kinase immunoreactivityFrom Mihaly et al. 1991

Lizard cerebral cortex

mvb

spine apparatus

normal5-month

mentalretardation

severefailure

X-Dsyndrome

(from Purpura and Marin-Padilla)

Espinas dendríticas en situaciones patológicas

input resistance (IR) alta con tallos finos largos (cambia y se hace menor tras estimulacion repetida) transient membrane potential (TMP) generado en la cabeza por

apertura de canales ionicos (Na+) tanto mas alto cuanto mayor IR hay (cuanto mas aislada del tallo dendritico) (las vesiculas membranosas pueden actuar de valvula); un TMP alto puede inducir cambos de permeabilidad de membrana

(abre canales dependientes de voltaje, ej., Ca++) y consiguientes cambios metabolicos e ionicos (potenciales sinapticos transitorios) charge transfer (CT) cantidad de iones que pasan desde el

citoplasma de la cabeza al citoplasma del tallo dendritico (inversamente proporcional a TMP) la apertura de canales Ca++ activa protein quinasas del citoplasma

de la espina; ello contribuye a la modificacion de citoesqueleto cambio de forma y "sensibilizacion" del contacto sinaptico

Fenómenos asociados a la transmisión sináptica en una espina dendrítica

Cambios en las propiedades bio-electricas de una espina dendritica tras estimulacion repetida

Resistencia de entrada (IR) alta (cuellos finos y largos) y transferencia de carga baja (CT) (cisternas cerrando el cuello) hacen que la espina actue como un amplificador de señal, es decir que un estimulo presinaptico genere un potencial postsinaptico alto (potencial transitorio de membrana).

La estimulacion repetida ocasiona cambios morfologicos y perdida de amplificacion por:

- ensanchamiento y acortamiento del cuello, - aumento de tamaño de cabeza, - aumento de CT, - bajada de IR,

Situacion de reposo

Situacion de “fatiga”

Los iones calcio son determinantes de los cambios de forma de la espina

Nimchinsky et al. 2002

Hirokawa

Una pequeña proporcion entra a la espina a traves de canales NMDA; la mayor cantidad de ellos se acumula en cisternas del RE y son liberados o capturados según las circunstancias.

Figure 4 Sinks and sources of Ca2+. Arrows show pathNvays of Ca2+ flux and theassociated numbers show the fraction of Ca2+ handled by a particular pathway. Of theCa2+ entering through Ca 2+-permeable channels, 95% binds to endogenous buffersand 5% stays tree. Seventy percent of Ca2+ extrusion occurs directly across the plasmamembrane, whereas 30% passes through the S E R. A negligible fraction diffuses fromthe spine head to the dendrite.

Transitorios de calcio en espinas12-18 FIGURE 18 Calcium

transients can be imaged in single dendritic spines in a rat hippocampal slice. (A) Fluo-4, a calcium-sensitive dye, injected into a neuron enables an individual spine to be imaged under two-photon microscopy. (B) An action potential (AP) induces an increase in Ca2+ in the dendrite and a larger increase in the spine (averaged responses). (C) Fluctuation analysis indicated that spines likely contain up to 20 voltage-sensitive Ca channels; single channel openings could be detected, which had a high (0.5) probability of opening following a single action potential. From Sabatini and Svoboda (2000).

espina “normal”

espina con forma de “seta”

Estimulacion electrica repetida: facilitacion sinaptica y potenciacion del contacto

Hipotética división de la espina dendritica y del botón presinaptico

espinas con sinapsis “perforadas” (los engrosamientos pre- y

post-sinapticos tienen una region central libre, a modo de rosquilla)

AxónMás fino que dendritas, grosor uniforme, liso, bifurcaciones en ángulo recto, a veces con vainas de mielina.Axoplasma. ribosomas sólo en cono axónico, no Golgi, no RER. Sólo cisternas membranosas, mitocondrias y citoesqueleto.Citoesqueleto. ↑↑neurofilamentos y ↑↑microtúbulos muy largos (polaridad homogénea: extremo (-) hacia el soma.

Segmento inicialEscasos ribosomas no Golgi, no RER . Mitocondrias, Haces de MT y NF. Lámina submembranosa, red de material denso (canales Na dep de volt). En ocasiones sinapsis inhibidoras (candelabro).Segmento intermedio:Acaba lámina submembranosa, empieza vaina de mielina (cuando hay). Nodos de Ranvier con densidad submembranosa. Botones de paso. Vesículas membranosas (transporte).Segmento distal:Pierde vaina de mielina y forma botones sinápticos (terminales axónicos)Botones sinápticos de paso y terminales.Membrana: alta densidad de canales iónicos dependientes de voltaje.

Segmento inicial

tambien llamado "cono axonico“, diferente del "cono de crecimiento axonico"; generalmente surge desde el soma, en otras ocasiones surge de troncos dendriticos mas o menos cercanos al soma; excepcionalmente puede haber varios "conos axonicos" y varios axones;

el "axoplasma" muestra un aspecto diferente al del citoplasma del soma: no ribosomas, no Golgi; microtubulos y neurofilamentos forman un haz, red de material denso bajo membra plasmatica: "lamina submembranosa",

es el lugar donde multitud de potenciales sinapticos (que llegan atenuados) se suman y generan el potencial de accion; en neuronas piramidales de corteza, este segmento recibe sinapsis inhibidoras (neuronas candelabro axo-axonicas); otras neuronas pueden tener espinas en este segmento (ej., interneuronas de corteza e hipocampo)

fin del segmento inicial: acaba lamina submembranosa, comienza vaina mielina, se disgregan haces de microtubulos y neurofilamentos

Segmento inicial

El axoplasma tiene abundantes neurofilamenos (nf) y microtubulos,

(excepcionalmente algunos polirribosomas (r1). Este segmento recibe contactos ("simetricos") de

botones presinapticos (At).

El axoplasma queda progresivamente liberado de ribosomas y RER

Con abundantes neurofilamentos y microtubulos; la membrana plasmatica tiene una capa de material denso submembranoso (aqui se "integran" los potenciales sinapticos que pueden generar un "potencial de accion" o impulso nervioso)

Segmento inicial

AnkirinaCanales Na dep de VoltCanales K dep de Volt

Segmento inicial

corte transversal, neurona piramidal de corteza cerebral (lamina densa submembranosa, ankirina G)

corte transversal, axon de neurona de Purkinje, corteza del cerebelo

corte transversal, axon neurona ganglionar del trigemino

Segmento intermedio (SN periferico)

nervio periferico (trigemino de raton) (cel. Schwann y axones de varios tipos)

● asociado a vaina celula gliales: frecuentemente mielinizado (zonas de conduccion rapida)● zonas internodales (complejos cierre hermetico axon-oligo); ● zonas paranodales (nudos de Ranvier) con alta densidad de canales ionicos Na (ankirina N),red de microfilamentos submembranosos ● axoplasma: red tubular de REL (fosfatasa acida +), cuerpos multivesiculados (endosomas, transporte); ● citoesqueleto: haces de neurofilamentos (apretados a nivel del nodo) y microtubulos; ● mitocondrias con crestas longitudinales;

nervio ciatico da rata: axon mielinico y amielinicos

Segmento intermedio (SN Central)

capa molecular de corteza cerebelosa: axones de neuronas de los granos: "fibras paralelas"

asociado a oligodendroglia y/o celulas de Schwann en axones "largos“ del SNP, desnudo en axones cortos (ej., neuronas de los granos en cerebelo)

Vainas de mielina: Nodo de Ranvier

axo-esqueleto reorganizado, cisternas membranosas y red densa submembranosa (nervio ciatico rata)

Segmento intermedioUnion hermetica oligo-axon

las "lineas" de union oligo-axon separan compartimentos hermeticamente y favorecen la conduccion "saltatoria" de los

potenciales de accion (nervio optico)

bajo la membrana

del nodo hay abundante material denso.

El nodo es la zona de mayor

concentracion de canales de

sodio dependientes

de voltaje (ankirina N).

Cortes transversales, zona internodal y zona nodal (los neurofilamentos se agrupan en la zona nodal y se separan en la internodal) Bajo la membrana plasmatica de la zona nodal hay engrosamiento (ankirinas N que agrupan canales Na dependientes de voltaje)

Segmento inicial

Segmento intermedio

Segmento terminal

Segmento terminal: Botones de paso

periodicamente aprecen grupos de vesiculas sinapticas y mitocondrias: botones de paso y finalmente botones terminales (ambos son elementos presinapticos); son estructuras muy plasticas y adaptativas (estables si hay funcionalidad, transitorios si no la hay) (se establecen y/o retiran en minutos)

Segmento terminal: boton presinaptico

se pierde mielina, aparecen vesiculas pequeñas (sinapticas) y recubiertas (clatrina, endocitosis, reciclamiento), desciende el numero de neurofilamentos se ramifica y origina botones presinapticos (telodendria terminal)desarrollo de redes de actina en las terminaciones (especializacion presinaptica)

acumulacion de vesiculas sinapticas y mitocondrias) (especialmente en botones inhibidores) engrosamientos de membrana presinaptica: "sitios activos" de anclaje de vesiculas "primed" listas para exocitosis (ej., dos filas de particulas intramembranosas en placa motora)

Botones presinapticos

Los botones presinapticos derivan de conos de crecimiento que han establecido un contacto "adecuado“, se caracterizan por sus abundantes vesiculas sinapticas

neurona de ganglio simpatico en cultivo

Conjunto de pequeñas vesiculas del elemento presinaptico que forman una poblacion relativamente autonoma encargada de la liberacion controlada de moleculas "señal" (neurotransmisores)

Biogenesis: las primeras se forman en el aparato de Golgi, viajan por transporte anterogrado y se acumulan en el boton presinaptico. Alli liberan neurotransmisor por exocitosis (mediada por Ca++ y potencial de accion), y se reciclan via endocitosis (mediada por clatrina). Las vesiculas recien recicladas se recargan de neurotransmisor por transportadores especificos (via antiporter con protones) (tienen una bomba de protones que les confiere un pH acido, aprox 5)Numerosas proteinas de vesiculas sinapticas regulan su ciclo: acercamiento a un nuevo "sitio activo", "priming", nueva exocitosis, etc.

Vesiculas sinapticas

Vesiculas: redondas, ovaladas, con nucleo denso

Lizard cerebral cortex Lizard cerebral cortex

claras pequeñas (neurotransmisores: esfericas-glutamato, ovaladas-GABA o glicina) con nucleo denso (neuropeptidos, neuromoduladores)

Citoesqueleto del boton presinaptico

Lethargic lizard cerebral cortex From Hirokawa

En el boton presinaptico, las vesiculas se asocian a la red de microfilamentos

Peters A, Palay SL & Webster H de F. The fine structure of the nervous system.

SynapseWeb, Kristen M. Harris, PI, http://synapses.clm.utexas.edu/

Bibliografía