Diapositiva 1

IMPORTANCIA DE LAS SINAPSIS ELÉCTRICAS
EN LA FISIOPATOLOGÍA DE LA EPILEPSIA
Dra. Laura Guadalupe Medina Ceja
IMPORTANCIA DE LAS SINAPSIS ELÉCTRICAS
EN LA FISIOPATOLOGÍA DE LA EPILEPSIA
El correlato estructural más común de las sinapsis eléctricas
es la unión comunicante (UC).
Las UCs se presentan entre las neuronas y células de la glía del SNC
Especializaciones
de membrana;
estructuras
dinámicas.
Formadas por la
unión de dos
hemicanales,
conocidos como
conexones.
ESTRUCTURA Y COMPOSICIÓN MOLECULAR
DE LAS SINAPSIS ELÉCTRICAS: UC
Cada conexón consiste de 6 subunidades proteícas llamadas
conexinas (Cx seguido de un número que designa el peso
molecular de cada una).
En la actualidad se han
encontrado 16 conexinas
diferentes en los mamíferos
(Skerrett et al., 2002; Harris, 2001; Rubin et al., 1992;
Morley et al., 1996 ; Zhou et al., 1999 )
ESTRUCTURA Y COMPOSICIÓN MOLECULAR
DE LAS SINAPSIS ELÉCTRICAS: UC
Canales intercelulares: transferencia de
Iones y Metabolitos de menos de 1000 Da
Entre las células en contacto.
)
Varios estudios revelan diferencias en las
propiedades de permeabilidad de los
canales compuestos de diversas Cxs.
(Goldberg et al., 1999; Niessen et al., 2000; Bevans et al., 1998)
MODULACIÓN Y REGULACIÓN
DE LAS SINAPSIS ELÉCTRICAS: UC
Conductancia de las UCs se ve regulada
por:
pH (intracelular)
[Ca++]i
Vm
acido
cierra canales
alcalino
abre canales
disminuye la
conductancia de los canales
Algunos canales presentan
sensibilidad
Substancias endógenas como neurotransmisores
(monoaminas/aminoácidos excitadores e inhibidores )
modulan las UCs entre las neuronas y los astrocitos a través de sistemas
de señalización mediados por segundos mensajeros o proteínas cinasas:
cinasas que fosforilan dominios citoplasmáticos de las Cxs.
(Rose y Rick, 1978; Rozental et al., 2001; Rouach et al. 2002)
MODULACIÓN Y REGULACIÓN
DE LAS SINAPSIS ELÉCTRICAS: UC
Agentes como:
•Heptanol
•Octanol
•Halotano
•Oleamida
•Anandamida
•Ácido araquidónico
•Carbenoxolona
•Quinina
Provocan el cierre de las uniones comunicantes e incluso
algunos de ellos lo hacen de manera exclusiva a un tipo
de conexina (Connors et al. 2004).
DISTRIBUCIÓN DE LAS SINAPSIS ELÉCTRICAS
EN EL CEREBRO
Neuronas de núcleos de la Oliva Inferior
(Rash et al., 2000; Blenkinsop y Lang, 2006).
Neuronas de los núcleos del Retículo Talámico
(Condorelli et al., 2000; Landisman et al., 2002).
Interneuronas y células principales de la Neocorteza
(Galarreta y Hestrin, 2001; Sloper y Powell, 1978).
Células amácrinas, bipolares, conos y bastones de la retina
(Veruki y Hartveit, 2002; Deans et al., 2002).
Neuronas del Bulbo olfatorio
(Zhang y Restrepo, 2003; Friedman y Strowbridge, 2003).
Otras regiones: Locus Coeruleus, neuronas del Tallo Cerebral, interneuronas del
Neoestriado, interneuronas de la Corteza Cerebelar y Médula Espinal
(Usher et al., 1999; Christie et al., 1989; Álvarez et al., 2002; Rekling et al., 2000;
Koos y Tepper, 1999; Sotelo y Llinás, 1972; Mann-Metzer y Yarom, 19999;
Rash et al., 2001).
DISTRIBUCIÓN DE LAS SINAPSIS ELÉCTRICAS
EN EL HIPOCAMPO
Acoplamiento electro tónico a través de las Ucs en:
Células piramidales (CA1, CA3)
Células granulares
Interneuronas con diferentes propiedades de excitabilidad intrínseca.
Tomado de:
Traub et al., 2002
(Dudek et al. 1983, 1986, 1998; Schmitz et al. 2001; Zsiros y Maccaferri, 2005 )
DISTRIBUCIÓN DE LAS SINAPSIS ELÉCTRICAS
EN EL HIPOCAMPO
Sinapsis eléctricas dendrodendríticas, dendrosomáticas, axoaxonales
Cx26, Cx32, Cx36, Cx43 y Cx47 se expresan en el hipocampo de roedores
(Rash et al., 2001; Venance et al. 2000; Teubner et al. 2001)
PROPIEDADES DE LAS SINAPSIS ELÉCTRICAS
I.
II.
Direccionalidad
Velocidad rápida (conductas estereotipadas de escape en invertebrados y
vertebrados inferiores).
III. Plasticidad
Tomado de Spray et al., 1999
FUNCIONES DE LAS SINAPSIS ELÉCTRICAS: UCs
Entre los astrocitos:
1. Disipación de iones de
potasio.
2. Regulación del volumen
celular.
3. Control de la proliferación
celular.
4. La propagación de ondas de
calcio a través de astrocitos
en respuesta a la aplicación
de glutamato o estimulación
mecánica se ha observado en
cultivos y en rebanadas de
hipotálamo.
En las Neuronas:
1. La sincronización de la
actividad eléctrica entre las
mismas y la propagación de la
despolarización (excitación) o la
hiperpolarización (inhibición) a
través de una red neuronal
determinada .
EPILEPSIA
La epilepsia es un síndrome de disfunción cerebral, de carácter recurrente,
que se caracteriza por la descarga sostenida y anormalmente sincrónica de
un grupo de neuronas cerebrales. Típicamente la epilepsia se origina en
redes neuronales que bajo condiciones normales generan oscilaciones
sincrónicas locales o de larga distancia.
1. Se presenta en el 1 al 2% de la población
mundial.
2. En algunos países se ha encontrado una
incidencia anual de crisis recurrentes del 28.9 a
53.1 por cada 100,000 personas.
3. Alrededor de 40 millones de personas en el
mundo la padecen.
4. En nuestro país, cerca de un millón de
personas sufren de esta patología (GarcíaPedroza, 1997).
Recientemente un gran número de
trabajos han destacado la participación
de las sinapsis eléctricas (UCs) en la
actividad epileptiforme inducida en
diferentes modelos in vitro.
La pérdida de este acoplamiento
eléctrico, por la presencia de bloqueadores
a las UCs o por deficiencia de alguna de
las Cxs (ratones deficientes en alguna Cx),
presenta efectos antiepilépticos en
diferentes modelos in vitro.
(Pérez Velásquez y Carlen, 2000; Ross et al. 2000; Traub et al. 2001; Kohling et al. 2001; Margineanu y Klitgaard, 2001; Jahromi et
al. 2002; Maier et al. 2002; Pais et al. 2003; Samoilova et al. 2003).
MODELO DE 4-AMINOPIRIDINA (4-AP)
En rebanas de Hipocampo y Neocorteza la 4-AP genera:
 “spikelets” en Interneuronas, así como en Células Principales, lo que indica la
presencia de Ucs.
En ratas la 4-AP genera:
Actividad eléctrica de alta frecuencia en Hipocampo y Corteza Entorrinal
En ratas anestesiadas con 4-AP en Neocorteza:
Juega un papel primordial en la expresión, duración y propagación
de la actividad epileptiforme. El efecto antiepiléptico y pro-epiléptico
del bloqueador a las uniones comunicantes Carbenoxolona (CBX) y el
abridor de las mismas Trimetilamina (TMA), respectivamente
(Michelson y Wong, 1994; Avoli et al., 1998; Szente et al., 2002; Gajda et al., 2003; Medina-Ceja et al., 2000, 2008)
IMPORTANCIA DE LAS SINAPSIS ELÉCTRICAS
EN LA FISIOPATOLOGÍA DE LA EPILEPSIA
A
C
B
4-AP
CBX
(10 nmols/μl/5min) (50 nmols/μl/5min)
30 min
Basal
30 min
Post
4-AP
120 min
Post CBX
REGISTRO EEG DE UNA RATA REPRESENTATIVA
CON INYECCIÓN DE CBX (50 nmoles) EN CE
CA1
EC
Basal
30 min
During CBX
60 min
15 min
120 min
1 mV
10 s
REGISTRO EEG DE UNA RATA REPRESENTATIVA CON INYECCIÓN DE 4-AP
(10 nmoles) EN CE
CA1
EC
Basal
30 min
During 4-AP
60 min
15 min
120 min
1mV
10 s
PARAMETROS EEG OBSERVADOS EN ANIMALES
TRATADOS CON 4-AP O CBX
A
EEG Parameter
CE Region
CA1 Region
Amplitude (basal)
180.6 ± 81 µV
134.5 ± 3.08 µV
Frequency (basal)
3.1 ± 1.4 Hz
3.08 ± 1.4 Hz
Amplitude (post CBX)
193 ± 86.6 µV
155.7 ± 69.8 µV
Frequency (post CBX)
3.0 ± 1.3 Hz
3.06 ± 1.4 Hz
CE Region
CA1 Region
Amplitude (basal)
179 ± 73.3 µV
131.1 ± 53.7 µV
Frequency (basal)
3.4 ± 1.4 Hz
2.77 ± 1.1 Hz
Amplitude (post 4-AP)
949.8 ± 389.3 µV
741.5 ± 303.9 µV
Frequency (post 4-AP)
14.7 ± 6 Hz
16.5 ± 6.8 Hz
Number of discharge
trains
25.3 ± 10.4
22.8 ± 9.4
Duration
41 ± 16.8 s
42.3 ± 17.4 s
197.2 ± 80.8 s
220.7 ± 90.4 s
B
EEG Parameter
Duration between trains
REGISTRO EEG DE UNA RATA REPRESENTATIVA CON INYECCIÓN DE 4-AP (10 nmoles) Y
CBX (50 nmoles) EN CE
CA1
EC
Basal
Post 4-AP 15 min
Post 4-AP 30 min
1mV
Post CBX 15 min
25 min
60 min
90 min
AMPLITUDE
1000
120 min
FREQUENCY
Basal
Post 4-AP
Post CBX
Blockade of Discharges
1200
10 s
30 min
25
●
20
800
Hz
uV
15
600
10
400
5
200
0
0
CA1
p<0.05 p=0.05
EC
p<0.005
CA1
p<0.001
EC
CONDUCTA DE LOS ANIMALES TRATADOS CON 4-AP O CBX
Rat
Behavior
Post 4-AP
injection
(10 nmols)
0-10 min
10-20
min
20-30
min
30-40
min
40-50
min
50-60
min
120
min
1
0/1/3
3
3
3
1/3
1/3
1/3
2
0/1/3
0/1/3
3
3
3
2/3
1/3
3
0/3
0/3
0/3
1/3
0/1/3
0/1/2/3
0/1/3
4
0/1/3
0/1/3
1/3
0/1/3
0/1/3
0/1/3
0/1/3
5
0/3
0/1/3
3
0/3
0/3
0/1/3
0
6
0/1
0/1
0/1/3
3
1/3
0
1
Rat
Behavior
Post CBX
Injection
(50 nmols)
0-10 min
10-20
min
20-30
min
30-40
min
40-50
min
1
-
-
-
-
-
-
-
2
-
-
-
1
-
-
-
3
-
-
-
-
-
-
-
4
-
-
-
-
-
-
-
5
-
-
-
-
-
-
-
50-60
min
120
min
CONDUCTA DE LOS ANIMALES TRATADOS CON 4-AP/CBX
Rat
Behavior
Post 4-AP
injection
(10 nmols)
0-30 min
Behavior
Post CBX
injection
(50 nmols)
0-10 min
10-20
min
20-30
min
30-40
min
40-50
min
50-60
min
Latency of
behavior
change
(min)
1
0/1/2/3
3
3/0
0
0
0
0
15
2
0/3
3
3
3/0
1
0
0
22
3
0/1/3
3
3/1
1
0
0
0
20
4
0/1/3
3/0
0
0
0
0
0
5
5
0/1/3
3
3
3
3
3
3/1
55
6
0/1/3
3
3
3/0
0
0
0
28
CONCLUSIONES
Un patrón de descargas epileptiformes se presenta después de la
inyección de 4-AP en CA1 como CE. Esta actividad se presento
durante todo el experimento (120 min) y se relaciono con una
conducta convulsiva.
Reduce la amplitud, frecuencia, el número de trenes de
descarga hasta bloquearlos por completo.
La propagación de la actividad epileptiforme a la región de CA1
ipsilateral a la zona de inyección de la 4-AP también se ve bloqueada
(22 ± 4.4 min).
Reducción de la conducta convulsiva hasta bloquearla.
Estos datos nos permiten sugerir la posible participación del
acoplamiento de las UCs (sinapsis eléctricas) en el establecimiento
de la actividad epileptiforme en el circuito CE-hipocampo, así como
en la conducta convulsiva de las ratas tratadas.
ESTUDIOS FUTUROS
Determinar el curso temporal de la expresión de las
principales Cxs: Cx36 (neuronas), Cx30 y Cx43
(astrocitos), Cx32, Cx47 (oligodendrocitos).
Evaluar la participación de UCs en la actividad de
FRs (250.600Hz) en el Modelo de 4-AP y de Ácido
Kaínico in vivo.
Epilepsia
COLABORADORES:
M. en C. Antonio Cordero Romero
Secretaria de Salud
Consuelo Ventura Mejía
Estudiante de Posgrado en Ciencias Biomédicas
Gracias por su atención