Zona subgranular - Subgranular zone

La zona subgranular (en el cerebro de rata). (A) Regiones de la circunvolución dentada: el hilio, la zona subgranular (sgz), la capa de células granulares (GCL) y la capa molecular (ML). Las células se tiñeron para doblecortina (DCX), una proteína expresada por células precursoras neuronales y neuronas inmaduras. (B) Primer plano de la zona subgranular, ubicada entre el hilio y GCL. De un artículo de Charlotte A. Oomen, et al., 2009.

La zona subgranular ( SGZ ) es una región del cerebro en el hipocampo donde ocurre la neurogénesis adulta . El otro sitio principal de neurogénesis en adultos es la zona subventricular (SVZ) en el cerebro.

Estructura

La zona subgranular es una capa estrecha de células ubicada entre la capa de células granulares y el hilio de la circunvolución dentada . Esta capa se caracteriza por varios tipos de células, siendo el tipo más prominente las células madre neurales (NSC) en varias etapas de desarrollo. Sin embargo, además de las NSC, también hay astrocitos , células endoteliales , vasos sanguíneos y otros componentes, que forman un microambiente que apoya a las NSC y regula su proliferación, migración y diferenciación. El descubrimiento de este microambiente complejo y su papel crucial en el desarrollo de NSC ha llevado a algunos a etiquetarlo como un “nicho” neurogénico . También se le conoce con frecuencia como un nicho vascular o angiogénico debido a la importancia y la omnipresencia de los vasos sanguíneos en la ZEE.

Células madre neurales y neuronas

Estructura y características del nicho neurogénico. Adaptado de un artículo de Ilias Kazanis, et al., 2008.

El cerebro comprende muchos tipos diferentes de neuronas , pero la SGZ genera solo un tipo: células granulares , las neuronas excitadoras primarias en el giro dentado (DG), que se cree que contribuyen a funciones cognitivas como la memoria y el aprendizaje . La progresión de la célula madre neural a la célula granular en la SGZ se puede describir rastreando el siguiente linaje de tipos de células:

  1. Células gliales radiales . Las células gliales radiales son un subconjunto de astrocitos , que normalmente se consideran células de apoyo no neuronales. Las células gliales radiales en la SGZ tienen cuerpos celulares que residen en la SGZ y procesos verticales (o radiales) que se extienden hacia la capa molecular de la DG. Estos procesos actúan como un andamio sobre el cual las neuronas recién formadas pueden migrar la corta distancia desde la SGZ a la capa de células granulares. Las glías radiales son astrocíticas en su morfología, su expresión de marcadores glialescomo GFAP y su función en la regulación del microambiente NSC. Sin embargo, a diferencia de la mayoría de los astrocitos, también actúan como progenitores neurogénicos; de hecho, se considera que son las células madre neurales que dan lugar a las siguientes células precursoras neuronales. Los estudios han demostrado que la glía radial en SGZ expresa nestina y Sox2 , biomarcadores asociados con las células madre neurales, y que la glía radial aislada puede generar nuevas neuronas in vitro . Las células gliales radiales a menudo se dividen asimétricamente , produciendo una nueva célula madre y una célula precursora neuronal por división. Por lo tanto, tienen la capacidad de autorrenovación, lo que les permite mantener la población de células madre mientras producen simultáneamente los precursores neuronales posteriores conocidos como células amplificadoras transitorias.
  2. Amplificación transitoria de células progenitoras . Las células progenitoras que amplifican transitoriamente (o amplifican el tránsito) son células altamente proliferativas que con frecuencia se dividen y se multiplican a través de la mitosis , "amplificando" así el conjunto de células precursoras disponibles. Representan el comienzo de una etapa transitoria en el desarrollo de NSC en la cual las NSC comienzan a perder sus características gliales y asumen más rasgos neuronales. Por ejemplo, las células en esta categoría pueden expresar inicialmente marcadores gliales como GFAP y marcadores de células madre como nestin y Sox2, pero eventualmente, pierden estas características y comienzan a expresar marcadores específicos de células granulares como NeuroD y Prox1 . Se cree que la formación de estas células representa una elección del destino en el desarrollo de las células madre neurales.
  3. Neuroblastos . Los neuroblastos representan la última etapa del desarrollo de las células precursoras antes de que las células salgan del ciclo celular y asuman su identidad como neuronas. La proliferación de estas células es más limitada, aunque la isquemia cerebral puede inducir la proliferación en esta etapa.
  4. Neuronas posmitóticas. En este punto, después de salir del ciclo celular, las células se consideran neuronas inmaduras. La gran mayoría de las neuronas posmitóticas sufren apoptosis o muerte celular. Los pocos que sobreviven comienzan a desarrollar la morfología de las células granulares del hipocampo, marcada por la extensión de las dendritas hacia la capa molecular del DG y el crecimiento de axones en la región CA3, y posteriormente la formación de conexiones sinápticas. Las neuronas posmitóticas también pasan por una fase de maduración tardía caracterizada por una mayor plasticidad sináptica y un umbral reducido para la potenciación a largo plazo . Finalmente, las neuronas se integran en los circuitos del hipocampo como células granulares completamente maduras.

Astrocitos

En el SGZ se encuentran dos tipos principales de astrocitos : astrocitos radiales y astrocitos horizontales. Los astrocitos radiales son sinónimos de las células de la glía radial descritas anteriormente y desempeñan funciones duales como células gliales y células madre neurales. No está claro si los astrocitos radiales individuales pueden desempeñar ambos roles o solo ciertos astrocitos radiales pueden dar lugar a NSC. Los astrocitos horizontales no tienen procesos radiales; más bien, extienden sus procesos horizontalmente, paralelos a la frontera entre el hilio y la SGZ. Además, no parecen generar progenitores neuronales. Debido a que los astrocitos están en estrecho contacto con muchas de las otras células en la SGZ, son adecuados para servir como canales sensoriales y reguladores en la neurogénesis.

Células endoteliales y vasos sanguíneos.

Las células endoteliales , que recubren los vasos sanguíneos en el SGZ, son un componente crítico en la regulación de la autorenovación y neurogénesis de las células madre. Estas células, que residen muy cerca de grupos de células neurogénicas en proliferación, proporcionan puntos de unión para las células neurogénicas y liberan señales difusibles como el factor de crecimiento endotelial vascular (VEGF) que ayudan a inducir tanto la angiogénesis como la neurogénesis. De hecho, los estudios han demostrado que la neurogénesis y la angiogénesis comparten varias vías de señalización comunes , lo que implica que las células neurogénicas y las células endoteliales en la SGZ tienen un efecto recíproco entre sí. Los vasos sanguíneos transportan hormonas y otras moléculas que actúan sobre las células de la SGZ para regular la neurogénesis y la angiogénesis.

Neurogénesis hipocampal

La función principal de la SGZ es llevar a cabo la neurogénesis del hipocampo, el proceso mediante el cual se crían nuevas neuronas y se integran funcionalmente en la capa de células granulares de la circunvolución dentada. Al contrario de lo que se cree desde hace mucho tiempo, la neurogénesis en la ZZE ocurre no solo durante el desarrollo prenatal sino durante la vida adulta en la mayoría de los mamíferos, incluidos los humanos.

Regulación de la neurogénesis

La autorrenovación, la elección del destino, la proliferación, la migración y la diferenciación de las células madre neurales en la SGZ están reguladas por muchas moléculas de señalización en la SGZ, incluidos varios neurotransmisores . Por ejemplo, Notch es una proteína de señalización que regula la elección del destino, generalmente manteniendo las células madre en un estado de autorrenovación. Las neurotrofinas como el factor neurotrófico derivado del cerebro (BDNF) y el factor de crecimiento nervioso (NGF) también están presentes en la SGZ y se presume que afectan la neurogénesis, aunque los mecanismos exactos no están claros. La señalización de la proteína morfogénica ósea (BMP) y Wnt también son reguladores de la neurogénesis, así como neurotransmisores clásicos como el glutamato , GABA , dopamina y serotonina . La neurogénesis en la SGZ también se ve afectada por varios factores ambientales como la edad y el estrés . Las disminuciones relacionadas con la edad en la tasa de neurogénesis se observan consistentemente tanto en el laboratorio como en la clínica, pero el inhibidor ambiental más potente de la neurogénesis en la SGZ es el estrés. Los factores estresantes como la privación del sueño y el estrés psicosocial inducen la liberación de glucocorticoides de la corteza suprarrenal a la circulación, lo que inhibe la proliferación, supervivencia y diferenciación de las células neurales. Existe evidencia experimental de que las reducciones de la neurogénesis inducidas por el estrés pueden contrarrestarse con antidepresivos. Otros factores ambientales como el ejercicio físico y el aprendizaje continuo también pueden tener un efecto positivo sobre la neurogénesis, estimulando la proliferación celular a pesar de los niveles elevados de glucocorticoides en circulación.

Papel en la memoria y el aprendizaje

Existe una relación recíproca entre la neurogénesis en el SGZ y el aprendizaje y la memoria , en particular la memoria espacial. Por un lado, las altas tasas de neurogénesis pueden aumentar la capacidad de memoria. Por ejemplo, la alta tasa de neurogénesis y renovación neuronal en animales jóvenes puede ser la razón detrás de su capacidad para adquirir rápidamente nuevos recuerdos y aprender nuevas tareas. Existe la hipótesis de que la formación constante de nuevas neuronas es la razón por la que los recuerdos recién adquiridos tienen un aspecto temporal. Por otro lado, el aprendizaje, particularmente el aprendizaje espacial, que depende del hipocampo, tiene un efecto positivo sobre la supervivencia celular e induce la proliferación celular a través del aumento de la actividad sináptica y la liberación de neurotransmisores. Aunque se necesita hacer más trabajo para solidificar la relación entre la neurogénesis del hipocampo y la memoria, se desprende claramente de los casos de degeneración del hipocampo que la neurogénesis es necesaria para que el cerebro pueda hacer frente a los cambios en el entorno externo y producir nuevos recuerdos de forma temporal. manera correcta.

Significación clínica

Hay muchas enfermedades y trastornos neurológicos que presentan cambios en la neurogénesis en la ZEG. Sin embargo, los mecanismos y significados de estos cambios aún no se comprenden completamente. Por ejemplo, los pacientes con la enfermedad de Parkinson y la enfermedad de Alzheimer generalmente exhiben una disminución en la proliferación celular, que es de esperar. Sin embargo, aquellos que experimentan epilepsia , un derrame cerebral o inflamación exhiben aumentos en la neurogénesis, posible evidencia de los intentos del cerebro por repararse a sí mismo. Una mayor definición de los mecanismos y las consecuencias de estos cambios puede conducir a nuevas terapias para estos trastornos neurológicos. Los conocimientos sobre la neurogénesis en la SGZ también pueden proporcionar pistas para comprender los mecanismos subyacentes del cáncer, ya que las células cancerosas exhiben muchas de las mismas características de las células precursoras proliferantes e indiferenciadas en la SGZ. La separación de las células precursoras del microambiente regulador de la SGZ puede ser un factor en la formación de tumores cancerosos.

Ver también

Referencias

enlaces externos