Célula de Purkinje

Células de purkinje o Neuronas Purkinje, nombrado para el fisiólogo checo Jan Evangelista Purkyně que los identificó en 1837, es un tipo único de neuronas grandes prominentes ubicadas en la corteza cerebelosa del cerebro. Con sus cuerpos celulares en forma de flask, muchos dendritos ramificados y un solo eje largo, estas células son esenciales para controlar la actividad motora. Las células Purkinje liberan principalmente el neurotransmisor GABA (ácido aminobutírico) que inhibe algunas neuronas para reducir la transmisión del impulso nervioso. Las células Purkinje controlan eficientemente y coordinan los movimientos motores del cuerpo a través de estas acciones inhibitorias.

Estructura

Estas células son algunas de las neuronas más grandes del cerebro humano (las células de Betz son las más grandes), con un árbol dendrítico intrincadamente elaborado, caracterizado por una gran cantidad de espinas dendríticas. Las células de Purkinje se encuentran dentro de la capa de Purkinje en el cerebelo. Las células de Purkinje están alineadas como fichas de dominó apiladas una delante de la otra. Sus grandes ejes dendríticos forman capas casi bidimensionales a través de las cuales pasan fibras paralelas de las capas más profundas. Estas fibras paralelas forman sinapsis excitadoras (glutamatérgicas) relativamente más débiles con las espinas de las dendritas de las células de Purkinje, mientras que las fibras trepadoras que se originan en el núcleo olivar inferior de la médula proporcionan aportes excitadores muy potentes a las dendritas proximales y al soma celular. Las fibras paralelas pasan ortogonalmente a través del eje dendrítico de la neurona de Purkinje, y hasta 200.000 fibras paralelas forman una sinapsis entre células granulares y células de Purkinje con una sola célula de Purkinje.

Canónicamente, cada célula adulta de Purkinje recibe aproximadamente 500 sinapsis de fibras trepadoras, todas originadas a partir de una única fibra trepadora de la oliva inferior. Esto ha llevado a la noción de que una "relación uno a uno altamente conservada convierte las dendritas de Purkinje en un único compartimento computacional". Sin embargo, ahora se ha descubierto que la inervación múltiple "ocurre" en el cuerpo. en ratones entre el subconjunto de células de Purkinje con múltiples dendritas primarias, un motivo dendrítico que es poco común en roedores pero "predominante" Inhumanos.

Tanto las células en cesta como las estrelladas (que se encuentran en la capa molecular del cerebelo) proporcionan una entrada inhibidora (GABAérgica) a la célula de Purkinje, con las células en cesta haciendo sinapsis en el segmento inicial del axón de la célula de Purkinje y las células estrelladas en las dendritas.

Las células de Purkinje envían proyecciones inhibidoras a los núcleos cerebelosos profundos y constituyen la única salida de toda la coordinación motora en la corteza cerebelosa.

Moleculares

La capa de Purkinje del cerebelo, que contiene los cuerpos celulares de las células de Purkinje y la glía de Bergmann, expresa una gran cantidad de genes únicos. También se propusieron marcadores genéticos específicos de Purkinje comparando el transcriptoma de ratones con deficiencia de Purkinje con el de ratones de tipo salvaje. Un ejemplo ilustrativo es la proteína 4 de las células de Purkinje (PCP4) en ratones knockout, que exhiben un aprendizaje locomotor deficiente y una plasticidad sináptica notablemente alterada en las neuronas de Purkinje. PCP4 acelera tanto la asociación como la disociación del calcio (Ca²⁺) con la calmodulina (CaM) en el citoplasma de las células de Purkinje, y su ausencia perjudica la fisiología de estas neuronas.

Desarrollo

La investigación sobre embriones de mamíferos ha detallado los orígenes neurogénicos de las células de Purkinje. Durante el desarrollo temprano, las células de Purkinje surgen en la zona ventricular del tubo neural, precursor del sistema nervioso en el embrión. Todas las neuronas cerebelosas derivan de neuroepitelios germinales de la zona ventricular. Las células de Purkinje se generan específicamente a partir de progenitores en el neuroepitelio ventricular del primordio cerebeloso embrionario. Las primeras células generadas a partir del primordio cerebeloso forman una capa sobre una cavidad en forma de diamante del cerebro en desarrollo llamada cuarto ventrículo que forma los dos hemisferios cerebelosos. Las células de Purkinje que se desarrollan más tarde son las de la sección central del cerebelo llamada vermis. Se desarrollan en el primordio cerebeloso que cubre el cuarto ventrículo y debajo de una región similar a una fisura llamada istmo del cerebro en desarrollo. Las células de Purkinje migran hacia la superficie exterior de la corteza cerebelosa y forman la capa de células de Purkinje.

Las células de Purkinje nacen durante las primeras etapas de la neurogénesis cerebelosa. La neurogenina2, junto con la neurogenina1, se expresan transitoriamente en dominios restringidos del neuroepitelio ventricular durante la ventana de tiempo de génesis de las células de Purkinje. Este patrón de distribución espacio-temporal sugiere que las neurogeninas están involucradas en la especificación de subconjuntos de células de Purkinje fenotípicamente heterogéneas, responsables en última instancia de la construcción del marco de la topografía cerebelosa.

Existe evidencia en ratones y humanos de que las células de la médula ósea se fusionan con las células de Purkinje cerebelosas o las generan, y es posible que las células de la médula ósea, ya sea por generación directa o por fusión celular, puedan desempeñar un papel en la reparación del sistema nervioso central. daños al sistema. Más evidencia apunta aún hacia la posibilidad de un ancestro común de células madre entre las neuronas de Purkinje, los linfocitos B y las células productoras de aldosterona de la corteza suprarrenal humana.

Función

Las células de Purkinje muestran dos formas distintas de actividad electrofisiológica:

• Puntos simples se producen a tasas de 17 – 150 Hz (Raman y Bean, 1999), ya sea espontáneamente o cuando las células Purkinje se activan sinaptically por las fibras paralelas, los ejes de las células del gránulo.
• Puntos complejos son lentos, 1-3 Los picos Hz, caracterizados por un pico de gran amplitud prolongado inicial, seguido de una explosión de alta frecuencia de potenciales de acción de menor densidad. Son causadas por la activación de la fibra ascendente y pueden implicar la generación de potenciales de acción mediados por calcio en los dendritos. Después de la actividad compleja del pico, los picos simples pueden ser suprimidos por la poderosa entrada del pico complejo.

Las células de Purkinje muestran actividad electrofisiológica espontánea en forma de trenes de picos tanto dependientes de sodio como de calcio. Así lo demostró inicialmente Rodolfo Llinas (Llinas y Hess (1977) y Llinas y Sugimori (1980)). Los canales de calcio de tipo P recibieron el nombre de las células de Purkinje, donde se encontraron inicialmente (Llinas et al. 1989), que son cruciales en la función cerebelosa. La activación de la célula de Purkinje mediante fibras trepadoras puede cambiar su actividad de un estado tranquilo a un estado espontáneamente activo y viceversa, sirviendo como una especie de interruptor de palanca. Estos hallazgos han sido cuestionados por un estudio que sugiere que dicha conmutación mediante entradas de fibras trepadoras ocurre predominantemente en animales anestesiados y que las células de Purkinje en animales que se comportan despiertos, en general, operan casi continuamente en el norte del estado. Pero este último estudio ha sido cuestionado y desde entonces se ha observado la alternancia de células de Purkinje en gatos despiertos. Un modelo computacional de la célula de Purkinje ha demostrado que los cálculos de calcio intracelular son responsables de la conmutación.

Los hallazgos han sugerido que las dendritas de las células de Purkinje liberan endocannabinoides que pueden regular a la baja transitoriamente las sinapsis excitatorias e inhibidoras. El modo de actividad intrínseca de las células de Purkinje lo establece y controla la bomba de sodio-potasio. Esto sugiere que la bomba podría no ser simplemente un sistema homeostático de "limpieza" molécula para gradientes iónicos. En cambio, podría ser un elemento de cálculo en el cerebelo y el cerebro. De hecho, una mutación en el Na⁺
-K⁺
> la bomba causa parkinsonismo distonía de aparición rápida; sus síntomas indican que se trata de una patología del cálculo cerebeloso. Además, usar el veneno ouabain para bloquear Na⁺
-K⁺
>_</sub las bombas en el cerebelo de un ratón vivo inducen ataxia y distonía. El modelado numérico de datos experimentales sugiere que, in vivo, el Na⁺
-K⁺
<sub style="font-size:heredar;altura-línea:heredar;alineación vertical:línea base" la bomba produce largas puntuaciones inactivas (>> 1 s) para la activación de las neuronas de Purkinje; estos pueden tener un papel computacional. El alcohol inhibe Na⁺
>-K⁺
> bombea en el cerebelo y es probable que así sea como corrompe el cálculo cerebeloso y la coordinación corporal.

Importancia clínica

En los seres humanos, las células de Purkinje pueden resultar dañadas por diversas causas: exposición tóxica, p. al alcohol o al litio; Enfermedades autoinmunes; mutaciones genéticas que causan ataxias espinocerebelosas, ataxia del gluten, enfermedad de Unverricht-Lundborg o autismo; y enfermedades neurodegenerativas que no se sabe que tengan una base genética, como la atrofia multisistémica de tipo cerebeloso o las ataxias esporádicas.

La ataxia por gluten es una enfermedad autoinmune desencadenada por la ingestión de gluten. La muerte de las células de Purkinje como resultado de la exposición al gluten es irreversible. El diagnóstico precoz y el tratamiento con una dieta sin gluten pueden mejorar la ataxia y prevenir su progresión. Menos del 10% de las personas con ataxia por gluten presentan algún síntoma gastrointestinal, sin embargo, alrededor del 40% tiene daño intestinal. Representa el 40% de las ataxias de origen desconocido y el 15% de todas las ataxias.

La enfermedad neurodegenerativa ataxia espinocerebelosa tipo 1 (SCA1) es causada por una expansión inestable de poliglutamina dentro de la proteína ataxina 1. Este defecto en la proteína Ataxina 1 provoca un deterioro de las mitocondrias en las células de Purkinje, lo que lleva a una degeneración prematura de las células de Purkinje. Como consecuencia, la coordinación motora disminuye y finalmente sobreviene la muerte.

Algunos animales domésticos pueden desarrollar una afección en la que las células de Purkinje comienzan a atrofiarse poco después del nacimiento, llamada abiotrofia cerebelosa. Puede provocar síntomas como ataxia, temblores intencionales, hiperreactividad, falta de reflejo de amenaza, marcha rígida o con pasos altos, aparente falta de conciencia de la posición del pie (a veces de pie o caminando con un pie doblado) y una incapacidad general para determinar el espacio y la distancia. Una condición similar conocida como hipoplasia cerebelosa ocurre cuando las células de Purkinje no logran desarrollarse en el útero o mueren antes del nacimiento.

Las afecciones genéticas ataxia telangiectasia y enfermedad de Niemann Pick tipo C, así como el temblor esencial cerebeloso, implican la pérdida progresiva de células de Purkinje. En la enfermedad de Alzheimer, a veces se observa patología de la columna, así como pérdida de ramas dendríticas de las células de Purkinje. Las células de Purkinje también pueden resultar dañadas por el virus de la rabia a medida que migra desde el sitio de infección en la periferia al sistema nervioso central.

Etymology

Las células de Purkinje llevan el nombre del científico checo Jan Evangelista Purkyně, quien las descubrió en 1839.