Dendrita

Las dendritas (del griego δένδρον déndron, "árbol"), también dendrones, son extensiones protoplásmicas ramificadas de una célula nerviosa que propagan la estimulación electroquímica recibida de otras células neurales al cuerpo celular, o soma, de la neurona desde la que se proyectan las dendritas. La estimulación eléctrica se transmite a las dendritas por las neuronas aguas arriba (generalmente a través de sus axones) a través de sinapsis que se encuentran en varios puntos a lo largo del árbol dendrítico.

Las dendritas desempeñan un papel fundamental en la integración de estas entradas sinápticas y en la determinación de la medida en que la neurona produce potenciales de acción. La arborización dendrítica, también conocida como ramificación dendrítica, es un proceso biológico de varios pasos mediante el cual las neuronas forman nuevos árboles y ramas dendríticas para crear nuevas sinapsis. La morfología de las dendritas, como la densidad de ramas y los patrones de agrupación, están altamente correlacionados con la función de la neurona. La malformación de las dendritas también está estrechamente relacionada con el deterioro de la función del sistema nervioso.

Estructura

Las dendritas son uno de los dos tipos de protuberancias protoplásmicas que sobresalen del cuerpo celular de una neurona, siendo el otro tipo un axón. Los axones se pueden distinguir de las dendritas por varias características que incluyen forma, longitud y función. Las dendritas a menudo se estrechan en forma y son más cortas, mientras que los axones tienden a mantener un radio constante y son relativamente largos. Por lo general, los axones transmiten señales electroquímicas y las dendritas reciben las señales electroquímicas, aunque algunos tipos de neuronas en ciertas especies carecen de axones y simplemente transmiten señales a través de sus dendritas.Las dendritas proporcionan un área de superficie ampliada para recibir señales de los botones terminales de otros axones, y el axón también se divide comúnmente en su extremo lejano en muchas ramas (telodendrias), cada una de las cuales termina en una terminal nerviosa, lo que permite que una señal química pase simultáneamente a muchas células diana.

Por lo general, cuando una señal electroquímica estimula una neurona, se produce en una dendrita y provoca cambios en el potencial eléctrico a través de la membrana plasmática de la neurona. Este cambio en el potencial de membrana se propagará pasivamente a través de la dendrita pero se debilitará con la distancia sin un potencial de acción. Un potencial de acción propaga la actividad eléctrica a lo largo de la membrana de las dendritas de la neurona hasta el cuerpo celular y luego de forma aferente a lo largo del axón hasta la terminal del axón, donde desencadena la liberación de neurotransmisores en la hendidura sináptica. Sin embargo, las sinapsis que involucran a las dendritas también pueden ser axodendríticas, que involucran un axón que envía señales a una dendrita, o dendrodendríticas, que involucran señales entre dendritas.Una autapsis es una sinapsis en la que el axón de una neurona transmite señales a sus propias dendritas.

Hay tres tipos principales de neuronas; multipolar, bipolar y unipolar. Las neuronas multipolares, como la que se muestra en la imagen, están compuestas por un axón y muchos árboles dendríticos. Las células piramidales son neuronas corticales multipolares con cuerpos celulares en forma de pirámide y grandes dendritas llamadas dendritas apicales que se extienden hasta la superficie de la corteza. Las neuronas bipolares tienen un axón y un árbol dendrítico en extremos opuestos del cuerpo celular. Las neuronas unipolares tienen un tallo que se extiende desde el cuerpo celular que se separa en dos ramas, una que contiene las dendritas y la otra con los botones terminales. Las dendritas unipolares se utilizan para detectar estímulos sensoriales como el tacto o la temperatura.

Ciertas clases de dendritas contienen pequeñas proyecciones denominadas espinas dendríticas que aumentan las propiedades receptivas de las dendritas para aislar la especificidad de la señal. El aumento de la actividad neuronal y el establecimiento de una potenciación a largo plazo en las espinas dendríticas cambian el tamaño, la forma y la conducción. Se cree que esta capacidad de crecimiento dendrítico desempeña un papel en el aprendizaje y la formación de la memoria. Puede haber hasta 15 000 espinas por célula, cada una de las cuales sirve como proceso postsináptico para axones presinápticos individuales. La ramificación dendrítica puede ser extensa y, en algunos casos, es suficiente para recibir hasta 100 000 entradas a una sola neurona.

Historia

El término dendritas fue utilizado por primera vez en 1889 por Wilhelm His para describir el número de "procesos protoplásmicos" más pequeños que estaban unidos a una célula nerviosa. Al anatomista alemán Otto Friedrich Karl Deiters generalmente se le atribuye el descubrimiento del axón al distinguirlo de las dendritas.

Algunas de las primeras grabaciones intracelulares en un sistema nervioso fueron realizadas a fines de la década de 1930 por Kenneth S. Cole y Howard J. Curtis. El suizo Rüdolf Albert von Kölliker y el alemán Robert Remak fueron los primeros en identificar y caracterizar el segmento inicial axonal. Alan Hodgkin y Andrew Huxley también emplearon el axón gigante del calamar (1939) y en 1952 habían obtenido una descripción cuantitativa completa de la base iónica del potencial de acción, lo que llevó a la formulación del modelo de Hodgkin-Huxley. Hodgkin y Huxley recibieron conjuntamente el Premio Nobel por este trabajo en 1963. Las fórmulas que detallan la conductancia axonal se extendieron a los vertebrados en las ecuaciones de Frankenhaeuser-Huxley. Louis-Antoine Ranvier fue el primero en describir los espacios o nodos que se encuentran en los axones y, por esta contribución, estas características axonales ahora se conocen comúnmente como los Nodos de Ranvier. Santiago Ramón y Cajal, anatomista español, propuso que los axones eran los componentes de salida de las neuronas.También propuso que las neuronas eran células discretas que se comunicaban entre sí a través de uniones especializadas, o espacios, entre las células, ahora conocidas como sinapsis. Ramón y Cajal perfeccionó un proceso de tinción con plata conocido como método de Golgi, que había sido desarrollado por su rival, Camillo Golgi.

Desarrollo de dendritas

Durante el desarrollo de las dendritas, varios factores pueden influir en la diferenciación. Estos incluyen la modulación de la información sensorial, los contaminantes ambientales, la temperatura corporal y el uso de drogas. Por ejemplo, se encontró que las ratas criadas en ambientes oscuros tenían un número reducido de espinas en las células piramidales ubicadas en la corteza visual primaria y un cambio marcado en la distribución de las ramificaciones dendríticas en las células estrelladas de la capa 4. Los experimentos realizados in vitro e in vivo han demostrado que la presencia de aferentes y la actividad de entrada per se pueden modular los patrones en los que se diferencian las dendritas.

Poco se sabe sobre el proceso por el cual las dendritas se orientan in vivo y se ven obligadas a crear el intrincado patrón de ramificación único para cada clase neuronal específica. Una teoría sobre el mecanismo del desarrollo del árbol dendrítico es la Hipótesis Sinaptotrópica. La hipótesis sinaptotrópica propone que la entrada de una célula presináptica a una postsináptica (y la maduración de las entradas sinápticas excitatorias) eventualmente puede cambiar el curso de la formación de sinapsis en los árboles dendríticos y axonales.

Esta formación de sinapsis es necesaria para el desarrollo de la estructura neuronal en el cerebro en funcionamiento. Un equilibrio entre los costos metabólicos de la elaboración dendrítica y la necesidad de cubrir el campo receptivo presumiblemente determinará el tamaño y la forma de las dendritas. Una serie compleja de señales extracelulares e intracelulares modula el desarrollo de las dendritas, incluidos los factores de transcripción, las interacciones receptor-ligando, varias vías de señalización, la maquinaria de traducción local, los elementos del citoesqueleto, los puestos avanzados de Golgi y los endosomas. Estos contribuyen a la organización de las dendritas en cuerpos celulares individuales y la ubicación de estas dendritas en el circuito neuronal. Por ejemplo, se demostró que la proteína de unión al código postal 1 de β-actina (ZBP1) contribuye a la ramificación dendrítica adecuada.

Otros factores de transcripción importantes involucrados en la morfología de las dendritas incluyen CUT, Abrupt, Collier, Spineless, ACJ6/drifter, CREST, NEUROD1, CREB, NEUROG2, etc., EPHB 1–3, Semaphorin/plexin-neuropilin, slit-robo, netrin-frazzled, reelin. Rac, CDC42 y RhoA sirven como reguladores del citoesqueleto y la proteína motora incluye KIF5, dineína, LIS1. Las vías secretoras y endocíticas importantes que controlan el desarrollo dendrítico incluyen DAR3/SAR1, DAR2/Sec23, DAR6/Rab1, etc. Todas estas moléculas interactúan entre sí para controlar la morfogénesis dendrítica, incluida la adquisición de la arborización dendrítica específica del tipo, la regulación del tamaño de la dendrita y la organización de las dendritas que emanan de diferentes neuronas.

Propiedades electricas

La estructura y la ramificación de las dendritas de una neurona, así como la disponibilidad y variación de la conductancia iónica dependiente de voltaje, influye fuertemente en cómo la neurona integra la entrada de otras neuronas. Esta integración es tanto temporal, que implica la suma de estímulos que llegan en rápida sucesión, como espacial, que implica la agregación de entradas excitatorias e inhibitorias de ramas separadas.

Alguna vez se pensó que las dendritas simplemente transmitían la estimulación eléctrica de forma pasiva. Esta transmisión pasiva significa que los cambios de voltaje medidos en el cuerpo celular son el resultado de la activación de las sinapsis distales que propagan la señal eléctrica hacia el cuerpo celular sin la ayuda de canales iónicos dependientes de voltaje. La teoría del cable pasivo describe cómo los cambios de voltaje en una ubicación particular en una dendrita transmiten esta señal eléctrica a través de un sistema de segmentos de dendrita convergentes de diferentes diámetros, longitudes y propiedades eléctricas. Con base en la teoría del cable pasivo, se puede rastrear cómo los cambios en la morfología dendrítica de una neurona afectan el voltaje de la membrana en el cuerpo celular y, por lo tanto, cómo la variación en las arquitecturas dendríticas afecta las características de salida generales de la neurona.

Las señales electroquímicas se propagan mediante potenciales de acción que utilizan canales iónicos dependientes de voltaje entre membranas para transportar iones de sodio, iones de calcio e iones de potasio. Cada especie de ion tiene su propio canal de proteína correspondiente ubicado en la bicapa lipídica de la membrana celular. La membrana celular de las neuronas cubre los axones, el cuerpo celular, las dendritas, etc. Los canales de proteínas pueden diferir entre las especies químicas en la cantidad de voltaje de activación requerido y la duración de la activación.

Los potenciales de acción en las células animales son generados por canales iónicos activados por sodio o calcio en la membrana plasmática. Estos canales se cierran cuando el potencial de membrana está cerca o en el potencial de reposo de la célula. Los canales comenzarán a abrirse si aumenta el potencial de la membrana, permitiendo que los iones de sodio o calcio fluyan hacia la célula. A medida que entran más iones en la célula, el potencial de membrana sigue aumentando. El proceso continúa hasta que se abren todos los canales iónicos, lo que provoca un rápido aumento del potencial de membrana que luego desencadena la disminución del potencial de membrana. La despolarización es causada por el cierre de los canales iónicos que evitan que los iones de sodio entren en la neurona y luego se transportan activamente fuera de la célula. Luego se activan los canales de potasio y hay un flujo hacia el exterior de iones de potasio, devolviendo el gradiente electroquímico al potencial de reposo. Después de que se ha producido un potencial de acción, hay un cambio negativo transitorio, llamado poshiperpolarización o período refractario, debido a las corrientes de potasio adicionales. Este es el mecanismo que evita que un potencial de acción regrese por donde acaba de llegar.

Otra característica importante de las dendritas, dotadas de su conductancia activada por voltaje activo, es su capacidad para enviar potenciales de acción de vuelta al árbol dendrítico. Conocidas como potenciales de acción de retropropagación, estas señales despolarizan el árbol dendrítico y proporcionan un componente crucial para la modulación de la sinapsis y la potenciación a largo plazo. Además, un tren de potenciales de acción de retropropagación generados artificialmente en el soma puede inducir un potencial de acción de calcio (un pico dendrítico) en la zona de iniciación dendrítica en ciertos tipos de neuronas.

Plasticidad

Las propias dendritas parecen ser capaces de cambios plásticos durante la vida adulta de los animales, incluidos los invertebrados. Las dendritas neuronales tienen varios compartimentos conocidos como unidades funcionales que pueden calcular los estímulos entrantes. Estas unidades funcionales están involucradas en el procesamiento de entradas y están compuestas por subdominios de dendritas como espinas, ramas o agrupaciones de ramas. Por lo tanto, la plasticidad que conduce a cambios en la estructura de las dendritas afectará la comunicación y el procesamiento en la célula. Durante el desarrollo, la morfología de las dendritas está determinada por programas intrínsecos dentro del genoma de la célula y factores extrínsecos, como las señales de otras células. Pero en la vida adulta, las señales extrínsecas se vuelven más influyentes y provocan cambios más significativos en la estructura de las dendritas en comparación con las señales intrínsecas durante el desarrollo. en hembras, la estructura dendrítica puede cambiar como resultado de condiciones fisiológicas inducidas por hormonas durante períodos como el embarazo, la lactancia y después del ciclo estral. Esto es particularmente visible en las células piramidales de la región CA1 del hipocampo, donde la densidad de las dendritas puede variar hasta en un 30%.