Colateral de Schaffer

Las colaterales de Schaffer son ramificaciones axónicas que se originan en las células piramidales CA3 del hipocampo . Estas colaterales se proyectan al área CA1 del hipocampo ^{[ 1 ]} y son parte integral de la formación de la memoria y la red emocional del circuito de Papez , así como del bucle trisináptico hipocampal . Es una de las sinapsis más estudiadas del mundo y recibe su nombre del anatomista y neurólogo húngaro Károly Schaffer .

Como parte de las estructuras del hipocampo, las colaterales de Schaffer desarrollan el sistema límbico , que juega un papel crítico en los aspectos del aprendizaje y la memoria. Las señales de información de la región CA3 contralateral salen a través de las vías colaterales de Schaffer hacia las neuronas piramidales CA1 . Las sinapsis maduras contienen menos ramificaciones colaterales de Schaffer que aquellas sinapsis que no están completamente desarrolladas. ^{[ 2 ]} Muchos científicos intentan usar la sinapsis colateral de Schaffer como una sinapsis de muestra, una sinapsis glutamatérgica excitatoria típica en la corteza que ha sido muy bien estudiada para tratar de identificar las reglas tanto de los patrones de estimulación en reglas eléctricas como los mecanismos químicos por los cuales las sinapsis se vuelven persistentemente más fuertes y cuáles sinapsis se vuelven persistentemente más débiles también y para desarrollar medicamentos y tratamientos para curar enfermedades crónicas , como la demencia y la enfermedad de Alzheimer . Además, creen que el estudio de las colaterales de Schaffer puede proporcionar una comprensión integral de cómo estas nos permiten intervenir con tratamientos farmacológicos y con estimulación eléctrica para mejorar la calidad de la experiencia humana.

El hipocampo funcional almacena recuerdos a largo plazo mediante plasticidad sináptica , lo que permite el almacenamiento de información. El hipocampo, en comunicación con la neocorteza, media la degradación de la memoria. Los cambios plásticos que ocurren en el hipocampo participan en la dirección del proceso de almacenamiento de la memoria.

La colateral de Schaffer participa en la plasticidad dependiente de la actividad y en los procesos de información que se procesan continuamente en el hipocampo. Esta colateral influye claramente en la generación de potenciales de acción en las células diana . Sin embargo, al mismo tiempo, desencadena un proceso mucho más lento mediante el cual algunas sinapsis se fortalecen y otras se debilitan, y, en general, los patrones de fuerza sináptica de la red evolucionan con el tiempo.

Además, los axones colaterales de Schaffer desarrollan sinapsis excitatorias dispersas en la arborización dendrítica ^{[ 3 ]} de las neuronas piramidales CA1 del hipocampo . ^{[ 4 ]} En la etapa temprana de la potenciación a largo plazo , las colaterales de Schaffer liberan glutamato que se une a los receptores AMPA de las dendritas CA1. El proceso de desarrollo de una red de sinapsis glutamatérgicas excitatorias recurrentes CA3-CA1 altera la frecuencia de los potenciales de acción espontáneos en las colaterales de Schaffer. En la edad adulta, la actividad de la red recurrente CA3 se reduce, la frecuencia de los potenciales de acción espontáneos disminuye en las colaterales de Schaffer y los axones colaterales de Schaffer pueden desarrollar una sinapsis de liberación única con una espina dendrítica en una neurona piramidal CA1 determinada. ^{[ 2 ]}

La colateral de Schaffer se encuentra entre la región CA3 y la región CA1 en el hipocampo . Las colaterales de Schaffer son los axones de las células piramidales que conectan dos neuronas (CA3 y CA1) y transfieren información de CA3 a CA1. ^{[ 5 ] [ 6 ]} La corteza entorrinal envía la entrada principal al giro dentado ( vía perforante ). Desde las células granulares del giro dentado, se hacen conexiones a las regiones CA3 del hipocampo a través de fibras musgosas . CA3 envía señales de información a las células piramidales de CA1 a través de la colateral de Schaffer y también fibras comisurales desde el hipocampo contralateral .

A lo largo del proceso de memoria en el hipocampo, las colaterales de Schaffer no parecen desempeñar un papel importante en la formación de la memoria propiamente dicha, pero es evidente que contribuyen a la plasticidad dependiente de la actividad y a los procesos de información que se modifican constantemente durante el desarrollo de la memoria en el hipocampo. Las colaterales de Schaffer alteran el desarrollo del sistema límbico , fundamental para el aprendizaje y la memoria . La región CA3 contralateral envía información a través de las colaterales de Schaffer a las neuronas piramidales CA1 .

Los cambios plásticos que ocurren en el hipocampo participan en la dirección del proceso de almacenamiento de la memoria. Las colaterales de Schaffer influyen en el hipocampo para desarrollar plasticidad sináptica a corto plazo ( plasticidad a corto plazo ) y a largo plazo ( plasticidad a largo plazo ) en lo que respecta al almacenamiento de información y a la modificación de la eficiencia de la transmisión sináptica tras una actividad sináptica previa.

La potenciación a largo plazo (LTP) en la formación hipocampal es un modelo de ejemplo de plasticidad neuronal . ^{[ 7 ]} Las sinapsis colaterales de Schaffer se han utilizado como sinapsis de muestra, una sinapsis glutamatérgica excitatoria típica en la corteza que ha sido muy bien estudiada para tratar de identificar las reglas de los patrones de estimulación en reglas eléctricas y los mecanismos químicos por los cuales las sinapsis se vuelven persistentemente más fuertes y cuáles se vuelven persistentemente más débiles también. Las LTP están involucradas en cómo las personas almacenan información cómo la recuperan e involucran redes de memoria que están involucradas en hechos y en emociones también porque el hipocampo es la parte del sistema límbico conectada a la amígdala .

La LTP en el hipocampo es un modelo importante de plasticidad neuronal que contribuye al aprendizaje y la memoria. ^{[ 7 ]} Las colaterales de Schaffer son los axones de las neuronas en las regiones CA3 del hipocampo que forman sinapsis en las regiones CA1.

El hipocampo forma parte del proceso de retroalimentación que envía señales para detener la producción de cortisol . Por lo tanto, un hipocampo dañado puede causar pérdida de memoria e incapacidad para la función cognitiva . Además, dado que el hipocampo es la región que controla los procesos de aprendizaje y memoria, la investigación sobre las colaterales de Schaffer podría ayudar a encontrar tratamientos para enfermedades relacionadas con el hipocampo o sus vías de procesamiento neuronal, como la enfermedad de Alzheimer , un trastorno neurodegenerativo .

La potenciación a largo plazo (LTP) de la fuerza sináptica en las sinapsis colaterales de Schaffer se ha atribuido en gran medida a cambios en el número y las propiedades biofísicas de los receptores AMPA (AMPAR). ^{[ 8 ]} La neuropsina tiene un efecto regulador sobre la LTP colateral de Schaffer en el hipocampo de la rata. ^{[ 7 ]}

El hipocampo funcional necesita almacenar recuerdos a largo plazo. Una vez almacenados, los recuerdos permanecen almacenados durante mucho tiempo. Los cambios a largo plazo en la eficacia sináptica en el hipocampo pueden ser inducidos por diferentes patrones de estimulación que generan despolarización presináptica y postsináptica ^{[ 9 ]} La estimulación de ráfaga theta de las colaterales de Schaffer puede ser suficiente para inducir LTP al promover la formación de actina filamentosa en las dendritas de CA1 . ^{[ 10 ]} Dentro del cerebro de los mamíferos , algunos patrones de actividad sináptica producen potenciación a largo plazo (LTP), que es un aumento duradero en la fuerza sináptica , y depresión a largo plazo (LTD), que es una disminución duradera en la fuerza sináptica.

La plasticidad a largo plazo en las sinapsis del hipocampo puede ser inducida por diferentes patrones de estimulación que generan despolarización pre y postsináptica . Estos cambios sinápticos pueden conducir claramente a modificaciones en la función del circuito y a plasticidad conductual. Algunos patrones de actividad sináptica producen un aumento extenso en la fuerza sináptica, también conocido como potenciación a largo plazo (LTP). En el hipocampo, la LTP en las colaterales de Schaffer-CA1 modula las propiedades biofísicas de los receptores AMPA. Además, SK2 , un canal de K+ activado por Ca2+ de baja conductancia , cambia la forma de los potenciales postsinápticos excitatorios (EPSP) al acoplarse con los receptores de N-metil-D-aspartato ( receptores NMDA ). La investigación de Lin MT, et al. se diseñó para investigar si los canales SK2 participan en los cambios sinápticos cuando una disminución dependiente de la actividad contribuye a la LTP. ^{[ 8 ]}

Los canales SK2 son canales iónicos que se activan por un aumento en la concentración de calcio intracelular y como resultado de permitir que el catión K+ atraviese la membrana celular. El doble marcaje inmunogold identificó que los canales SK2 y NMDA coexisten dentro de la densidad postsináptica (PSD) de las regiones CA1 del hipocampo . Los autores utilizaron el emparejamiento de ráfagas theta (TBP) para producir una potenciación rápida de la fuerza sináptica y para evocar LTP que se induce simultáneamente pero cuyos niveles de expresión varían inversamente en el tiempo, y el resultado de la inducción de TBP se comparó con el grupo control. El resultado mostró que la inducción de LTP por TBP aumentó significativamente el nivel de EPSP . Cuando la fuerza del estímulo se redujo por debajo del umbral del potencial de acción , se agregó apamina , una neurotoxina , para evaluar la contribución de la actividad SK2 a los EPSP. Esto resultó en un aumento en el nivel de EPSP con bloqueo de los canales SK2. La inducción de LTP por TBP anula la contribución del canal SK2 a los EPSP. Cuando se aplicó la inducción química de LTP, no se encontraron inmunopartículas para SK2 dentro de la PSD de las sinapsis asimétricas. Sin embargo, se observaron inmunopartículas de SK2 dentro de las membranas intracelulares . La activación de la proteína quinasa A (PKA) disminuye la expresión superficial de SK2 porque la PKA regula la expresión superficial de los receptores AMPA , un receptor transmembrana ionotrópico de tipo no NMDA , en el hipocampo. Por lo tanto, la PKA disminuye la actividad de los canales SK2 dependientes de LTP. Véase Schaffer colateral#Plasticidad a largo plazo .

La plasticidad sináptica a corto plazo experimenta cambios importantes dependientes de la edad que tienen implicaciones cruciales durante el desarrollo del sistema nervioso . ^{[ 2 ]}

Los neurotransmisores se liberan desde las terminales presinápticas mediante la fusión de vesículas a la membrana, las cuales se llenan de neurotransmisores como el glutamato . Las vesículas se exocitosis, y los neurotransmisores reingresan a la terminal presináptica para su reutilización. Estas vesículas fusionadas luego reingresan preferentemente al grupo de reciclaje rápido para su reutilización. Se liberan vesículas adicionales dentro del grupo de reserva de la terminal presináptica según las despolarizaciones de mayor amplitud del axón presináptico debido a una mayor sumación espacial o temporal de potenciales de acción, que corresponde a una mayor polarización por influjo de calcio . La tasa de endocitosis depende de la tasa a la que las vesículas se reciclan en el grupo de reciclaje. ^{[ 11 ]}

La liberación multivesicular (RMV) ocurre en las sinapsis colaterales de Schaffer-CA1 cuando P se eleva por facilitación y que la RMV puede ser un fenómeno común a muchas sinapsis en todo el sistema nervioso central . ^{[ 12 ]}

• Aminoácidos excitatorios en la transmisión sináptica en la vía colateral-comisural de Schaffer del hipocampo de la rata. Por Collingridge GL. et al.
• Participación de la síntesis y degradación de proteínas en la potenciación a largo plazo de las sinapsis colaterales CA1 de Schaffer por Karpova A. et al.