Presentación de PowerPoint - Fundacion Conchita Rabago de

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Microanatomía del cerebro:
la importancia del detalle
Lidia Alonso-Nanclares
Laboratorio Cajal de Circuitos Corticales
Instituto Cajal (CSIC)/ CTB (UPM)
XLVII Lección Conmemorativa
Jiménez Díaz, 2015
La corteza cerebral es una estructura
extremadamente especializada con una
organización muy compleja
Componentes de la Corteza Cerebral:
•Neuronas
1 mm3
•Células gliales
•Fibras nerviosas
•Tejido vascular
25000-27000 neuronas
1000 millones sinapsis
Niveles de análisis de la anatomía del cerebro
1.Macroscópico:
distintas modalidades
de
neuroimagen, como resonancia magnética (MRI),
tractografía (diffusion tensor imaging) , etc.
2.Microscópico (resolución de µm): mediante
microscopía óptica permite el estudio de
estructuras cerebrales, celulares y contactos
“probables”
3.Ultraestructural (resolución de nm): mediante
microscopía electrónica permite el estudio
ultrastructural de elementos subcelulares así
como de contactos sinápticos
Estudios de Microscopía Óptica (resolución ~ 0.2 micras):
elementos celulares y organización de la neocorteza
Estudios sobre la densidad de células y de distribución 3D
Secciones con marcajes dobles para estimar la
densidades de diferentes tipos de células, así como
estudiar su distribución 3D
Tipos de neuronas corticales
Santiago
Ramón y Cajal
Neuronas piramidales
Interneuronas
Tipos de neuronas corticales: Neuronas piramidales
(70-85%)
Glutamatergicas
Dendritas
Cuerpo celular
Son las principales neuronas de
proyección, proporcionan la
mayoría de las sinapsis
excitadoras, y son las
responsables de la propagación
de la actividad cortical a través
de sus colaterales axónicas
Axón
Conexiones
locales
Conexiones extrínsecas
(otras regiones del cerebro)
Tipos de neuronas corticales: Interneuronas
(15-30%)
GABAérgicas
Ejercen su
acción
localmente, y
son muy
heterogéneas,
con diversas
carácterísticas
morfológicas,
moleculares y
fisiológicas
Estudio de la microanatomía de las
neuronas piramidales:
Espinas dendríticas
Espinas dendríticas
Las
espinas
dendríticas
fueron descritas por primera
vez por Cajal en 1888, en
estudios realizados en el
cerebelo de la gallina
Sección vertical de la circunvolución cerebelar de la gallina. Impregnación mediante
el método de Golgi (1888)
Espinas dendríticas
•Las espinas dendríticas son los principales elementos
postsinápticos excitadores
•Las espinas dendríticas son elementos clave en la plasticidad
cerebral y la memoria
•Las alteraciones de las espinas dendríticas son el correlato
anatomopatológico de diversas patologías cerebrales
Interés renovado por las espinas
dendríticas (1960-1975 )
Normal
Síndrome de Patau
Espinas dendríticas
Síndrome de Down
Marin-Padilla, 1972;
Purpura, 1974
Microscopía Óptica aplicada al estudio de las espinas dendríticas
Inyección intracelular de marcadores
fluorescentes (Lucifer Yellow) en
tejido cortical fijado
Ruth Benavides-Piccione
Estudio 3D de los árboles dendríticos de las células piramidales
Parámetros morfométricos
La geometría de los
árboles dendríticos
afecta al procesamiento
y la integración de la
información de las
células piramidales
La morfología de las espinas está directamente relacionada con su
función
Spine head
Diameter= <1µm
Volume= <1 femtoliter
Axón
Spine neck
Diameter= <0.2 µm
Length= 1-2 µm
Rafael Yuste
La longitud del cuello constituye una barrera para la
difusión del calcio y otros metabolitos secundarios. Aisla
químicamente a la cabeza de la espina de la dendrita.
Espina dendrítica
El volumen de la cabeza es directamente proporcional al
número de receptores postsinápticos y al número de
vesículas presinápticas ancladas.
Reconstrucción 3D de las espinas dendríticas
Parámetros morfológicos:
• Volumen de la cabeza de la espina o de
la espina completa
•
Longitud del cuello de la espina o de la
espina completa
•
Diámetro de la cabeza
Benavides-Piccione et al., 2012 Cereb. Cortex
Análisis ultraestructrural
Microscopio electrónico de
transmisión
(resolución nanometros)
Ultraestructura del cerebro
Desarrollo del
microscopio
electrónico de
transmisión (19401950)
Ultraestructura del cerebro:
Tipos de Sinapsis corticales
Asimétrica ( 75-90%)
Simétrica (10-25%)
VGLUT1
Sinapsis inhibidora (GABA)
Sinapsis excitadora (glutamato)
George Gray, 1959
Ultraestructura del cerebro:
Estudio de las espinas dendríticas
El número de espinas es equivalente al número de
sinapsis excitadoras
1 espina= 1 sinapsis excitadora glutamatérgica
Ultraestructura del cerebro:
Reconstrucción de elementos
Arellano et al., 2007
Ultraestructura del cerebro en 3D:
microscopía eletrónica de doble haz (FIB/SEM)
Ga+
e-
Los procesos de pulido y de captación de la imagen se
pueden repetir continuamente y adquirir una larga
serie de imágenes en un procedimiento totalmente
Este instrumento combina una columna de microscopio
automatizado. Esto permite estudiar amplios
electrónico de barrido de alta resolución (SEM) con un haz
volúmenes de tejido sin ninguna interacción
de iones de galio (FIB), que permite retirar partes de la
mecánica con la muestra, y evita la presencia de
muestra a escala nanométrica
restos o artefactos derivados del procesamiento
Se obtienen muestras de volumenes de tejido cerebral a partir de series de
imágenes
FIB/SEM
El uso de herramientas informáticas permite rotar y modificar los planos de
corte para facilitar el estudio de diferentes estructuras en las muestras
FIB/SEM
Ultraestructura del cerebro en 3D:
Estudio de las sinapsis corticales
Asymmetric
Symmetric
Asymmetric
Asymmetric
Asymmetric
Merchán-Pérez et al., 2009
Front. Neuroanatomy
Ultraestructura del cerebro en 3D:
Reconstrucción 3D de una
sinapsis (verde brillante), la
cabeza de una espina
dendrítica (gris) y el terminal
axónico (verde oscuro)
Merchán-Pérez et al.,2009 Front. Neuroanatomy
Uso de herramientas informáticas (EspINA) para segmentar sinapsis
Merchán-Pérez et al., 2009 Front. Neuroanatomy
Estas técnicas permiten contar directamente las sinapsis en las
series de imágenes obtenidas de las muestras de tejido cerebral
Excitadoras
Morales et al.,2010 Front. Neuroanatomy
Inhibidoras
El uso de herramientas
informáticas específicamente
diseñadas permite la cuantificación
precisa del número de sinapsis por
volumen así como la determinación
de su distribución espacial y su
análisis
Merchán-Pérez et al (2013) Cerebral Cortex
Alonso-Nanclares et al (2013) JNEN
Aplicación de estas técnicas al estudio de
patológias: Estudio de las características
morfológicas de las sinapsis en la enfermedad
del Alzheimer
Blazquez-Llorca et al., 2013 Journal of Alzheimer Disease