La autoevaluación neuronal , o la evitación isoneural , es una propiedad importante de las neuronas que consiste en la tendencia de las ramas ( dendritas y axones ) que surgen de un soma único (también llamado ramas isoneuronales o hermanas) a alejarse unas de otras. Las disposiciones de las ramas dentro de los cenadores neuronales se establecen durante el desarrollo y dan como resultado un cruce o superposición mínima [1] a medida que se extienden por un territorio, lo que resulta en la morfología fasciculada típica de las neuronas (Fig. 1).
En oposición, las ramas de diferentes neuronas pueden solaparse libremente entre sí. Esta propiedad exige que las neuronas sean capaces de discriminar "sí mismo", lo que evitan, de las ramas "no propias", con las que coexisten. [2] Este autorreconocimiento neuronal se logra a través de familias de moléculas de reconocimiento celular que funcionan como códigos de barras individuales, permitiendo la discriminación de cualquier otra rama cercana como "propia" o "no propia". [3] [4] [5] [6] [7]
La autoevaluación asegura que los territorios dendríticos estén cubiertos por completo y, sin embargo, de forma no redundante [8], garantizando que las sucursales logren una cobertura funcionalmente apropiada de los territorios de entrada o salida. [9]
La comunicación neuronal requiere el ensamblaje coordinado de axones, dendritas y sinapsis . [10] Por lo tanto, la evitación personal es necesaria para el cableado neuronal adecuado y el desarrollo postnatal y, junto con el embaldosado neuronal (evitación heteroneuronal), es un mecanismo de separación crucial para modelar los circuitos neuronales que da como resultado una inervación completa y no redundante del espacio sensorial o sináptico.
Historia [ editar ]
El concepto de autoevaluación neuronal surgió hace unos 50 años. Los estudios pioneros se realizaron en la sanguijuela, centrándose en el sistema nervioso central y desarrollando neuronas mecanosensoriales. Las sanguijuelas de dos especies: Hirudo medicinalis y Haementeria ghilianii , siguieron siendo el organismo principal para el estudio de la cuestión del auto reconocimiento y la evitación neuronal. En este animal, el patrón segmentado repetitivo del sistema nervioso junto con el hecho de que las neuronas son relativamente pocas en número, y muchas son lo suficientemente grandes como para ser reconocidas [12]permitieron el estudio experimental del problema general de la especificidad neuronal. En 1968, a través del mapeo de campos receptivos axonales de mecanorreceptores en H. medicilalis , Nicholls y Baylor[12] revelaron distintos tipos de límites entre los axones del mismo tipo o diferentes tipos de neuronas, y también entre las neuronas individuales. Observaron que los campos receptivos se subdividían en áreas discretas, inervadas por las diferentes ramas de una sola célula. Estos límites, a diferencia de los que existen entre campos adyacentes de diferentes celdas, fueron abruptos y no mostraron casi solapamiento. Luego, los autores sugirieron un mecanismo para la disposición espacial de los axones en el que "una fibra podría repeler otras ramas con mayor fuerza si surgen de la misma célula que si provienen de un homólogo, y no si provienen de una célula con un modalidad diferente " . En 1976, Yau [13]confirmaron sus hallazgos y propusieron que las ramas de una célula se reconocieran entre sí, evitando así crecer en el mismo territorio y estableciendo las áreas discretas que observaron Nicholls y Baylor. Entonces quedó claro que las neuronas mecanosensoriales, en sanguijuela, muestran evitación: con la repulsión entre ramas que se originan en la misma célula, pero no mostraron evitación de clase, lo que significa que las ramas del mismo tipo de neuronas podrían superponerse.
Se reconoció el fenómeno, pero aún se desconoce mucho, incluido el término "Evitación" que surge en 1982/1983 con los estudios de Kramer. En 1982, Kramer [14] postuló que los axones isoneuronales (axones que crecen desde la misma neurona), al contrario de los axones heteroneuronales, se evitan entre sí cuando crecen en el mismo sustrato (ver película). Esto fue explorado más a fondo, por otros autores, el hecho de que esta evitación de sí mismo requeriría que las neuritas pudieran distinguir entre lo propio y lo no propio, reforzando las ideas de Yau. En 1983, Kramer y Kuwada [2] proponen que este auto reconocimiento de dos procesos axonales en crecimiento podría estar mediado por sus filopodios , que parecen hacer contactos mutuos. Esta idea fue respaldada por los estudios de Goodman et al. (mil novecientos ochenta y dos)[15] en las neuronas de los insectos, que postulaban que la filopodia desempeñaba un papel importante en el reconocimiento y la elección de las vías de crecimiento axonal. La conservación del mecanismo en invertebrados junto con el hecho de que la morfología adulta de muchas neuronas parece satisfacer la regla, sugirió que la no superposición de procesos isoneuronales podría ser un fenómeno general del desarrollo neuronal. En 1985, Kramer y Stent agregaron datos empíricos [1]con las variaciones inducidas experimentalmente en el patrón de ramificación a través de la prevención o demora quirúrgica del crecimiento de las ramas del axón. Como predijo la propuesta de autoevitación, la interferencia con el crecimiento de una rama del axón del campo resultó en la propagación de la rama del axón del otro campo en lo que normalmente no era un territorio. Por lo tanto, la autoevaluación neuronal desempeña un papel importante en el desarrollo de la estructura del campo receptivo mecanosensorial.
A fines de la década de 1980, la maquinaria molecular que podría ser la base de los fenómenos comenzó a ser descubierta. Los receptores, como las moléculas de adhesión celular de las superfamilias de cadherina e inmunoglobulina , que median las interacciones entre las superficies celulares opuestas, y las integrinas que actúan como receptores de los componentes de la matriz extracelular se expresaron ampliamente en las neuritas en desarrollo . [16] [17]
En 1990, Macagno et al. [18]integró los resultados de varios estudios, enfatizando una vez más la conservación evolutiva de los fenómenos generales: las neuronas sanguijuela, como las de otros invertebrados y las de vertebrados, experimentan interacciones específicas durante el desarrollo que permiten la definición de las morfologías y conexiones sinápticas adultas. Esa morfología refleja el compromiso de desarrollo entre el potencial de crecimiento de la neurona y las limitaciones impuestas a ese crecimiento por factores internos y externos. Por lo tanto, el mecanismo de auto reconocimiento sería útil no solo para evitarse a sí mismo sino también como un medio de individualización. Durante el desarrollo, ocurriría la competencia entre neuronas del mismo tipo por un suministro limitado requerido para el crecimiento y mantenimiento del proceso, con una célula ganando espacio a expensas de otras.proceso de guiado de axones . Juntos, estos estudios condujeron a la visión de que el ensamblaje del circuito neural surgió como resultado de un número relativamente pequeño de diferentes señales y sus receptores, algunos actuando de manera gradual y en diferentes combinaciones. [19]
En 1991, los científicos se dieron cuenta de que la autoevaluación también estaba presente en los tipos de células no neuronales, como las células de peine de sanguijuela, que de manera similar podrían formar dominios discretos. [20] Más tarde, esto también se observó en los astrocitos de mamíferos. [21] [22] [23] Wang y Macagno, [24] en 1998, nuevamente recurriendo a Hirudo medicinalisLas neuronas mecanosensoriales realizaron un elegante experimento para intentar responder a la pregunta que aún queda: "¿Cómo se reconoce una célula a sí misma y responde al no crecer sobre sí misma?" Luego, los autores propusieron dos tipos generales de mecanismos: I) Señales externas: las neuritas hermanas muestran factores moleculares de identificación de superficie, únicos para cada célula, que son capaces de unirse homotípicamente y, por lo tanto, repelen las neuritas hermanos, o II) Señales internas: actividad celular sincrónica como el voltaje, que se transmite dentro de la célula mediando un mecanismo dinámico de inhibición del crecimiento entre hermanos. Contrariamente a la primera hipótesis, la segunda requeriría la continuidad y la comunicación entre todas las partes de la célula para que ocurra la autoevaluación. Entonces, el experimento consistió en separar las dendritas de una de las neuronas y ver cómo las dendritas adjuntas restantes reaccionaron hacia el fragmento separado, "¿aún evitan la superposición?" El resultado fue que la rama separada dejaría de ser reconocida como "propia" por las otras ramas de la neuronal, lo que llevaría a una superposición de dendrita. La conclusión clara del estudio fue que la continuidad entre todas las partes de la neurona es crítica para que funcione la auto evitación. Luego, los autores sugieren varios mecanismos que requieren continuidad y podrían funcionar como señal de reconocimiento y, por lo tanto, podrían ser los responsables, como "actividad eléctrica, activa o pasiva, así como la difusión de señales citoplasmáticas, ya sea pasivamente o por transporte axonal rápido". . A fines de la década de 1990 y más allá, los organismos modelo comenzaron a usarse en los estudios y los mecanismos moleculares de la autoevaluación comenzaron a desmoronarse. En 1999 Wu y Maniatis[25] descubrieron una sorprendente organización de una gran familia de genes de adhesión de células de protocadherina neural humana que formaron un grupo de genes que codifica 58 protocadherinas. Los miembros del grupo de genes de protocadherina eran candidatos convincentes para proporcionar el código molecular requerido para el mantenimiento de la discriminación auto / no auto que condujo a la auto evitación. Más tarde (2012) confirmó, por Lefebvre et al. [6] en un estudio con células amacrinas y células de Purkinje de Mus musculus , que estas proteínas se expresan en diferentes combinaciones en neuronas individuales, proporcionando así "códigos de barras" con esa distinción una neurona de otra
En 2000, Schmucker et al. [26] a través de ADNc y análisis genómicos de neuronas sensoriales de arborización dendrítica de Drosophila , se reveló la existencia de múltiples formas de molécula de adhesión celular del síndrome de Down (Dscam) . Los autores vieron que el empalme alternativo podría generar potencialmente más de 38,000 isoformas Dscam y plantearon la hipótesis de que esta diversidad molecular podría contribuir a la especificidad de la conectividad neuronal y, por lo tanto, a la autoevaluación.
Juntos, los descubrimientos de las dos grandes familias de proteínas de la superficie celular codificadas por el locus Dscam1 y los loci agrupados de protocadherina (Pcdh) abrieron la puerta a los numerosos estudios modernos. Los estudios actuales aprovechan mucho no solo el levantamiento de la biología molecular y genómica, sino también de las herramientas bioinformáticas, desarrolladas desde el siglo XIX.
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Modelos, estructuras y desarrollo de la auto evitación [ editar ]
Modelos animales [ editar ]
La autoevaluación ha sido ampliamente discutida entre los científicos y, a lo largo del tiempo, los experimentos se realizaron en varios modelos animales. Los primeros experimentos se realizaron en sanguijuela. En 1981, Wässle trató de comprender cómo las células ganglionares de la retina establecen sus territorios dendríticos en los gatos. Procesos como el embaldosado dendrítico y la autoevaluación son extremadamente importantes para corregir el desarrollo de las estructuras neuronales, y en este caso específico las células ganglionares tienen que cubrir la retina para garantizar que cada punto del espacio visual sea realmente "visto". Vio que los cuerpos celulares están dispuestos en mosaico regular, y los campos dendríticos se adaptan al espacio disponible. Sin embargo, esta hipótesis se basó en modelos matemáticos: modelo de Dirichlet .
Perry y Linden (1982) [27] fueron los primeros en presentar evidencia clara de la "competencia" dendrítica en la retina de ratones. La destrucción de las células ganglionares les da la oportunidad a sus células vecinas de extender sus proyecciones dendríticas. Propusieron la competencia por las sinapsis como la causa del equilibrio entre el crecimiento y la repulsión de las dendritas.
Aunque el ratón y Drosophila son los modelos utilizados actualmente para construir un modelo de autoevaluación para vertebrados e invertebrados, respectivamente, a lo largo del tiempo hay varios ejemplos de este fenómeno en otras especies modelo y no modelo:
- Rana ( Xenopus laevis )
Las neuronas del trigémino en la piel de la cabeza exhiben un comportamiento competitivo y solo cuando una de ellas se elimina por completo, por ejemplo, el ganglio trigémino izquierdo , permite que las neuritas del ganglio derecho crucen la línea media e inervan el lado izquierdo de la cabeza. La inervación correcta se debe a la naturaleza repulsiva de las interacciones entre estas neuritas detectoras de movimiento que refuerzan todos los modelos anteriores de auto evitación. [28]
- Goldfish ( Carassius spp. )
La retina crece a lo largo de la vida mediante la adición de nuevas neuronas en el margen y la muerte de las neuronas ganglionares en el centro. Una vez más, se demuestra que cada célula detecta las células vecinas y puede ocupar el espacio dejado por otras. [29]
- Pez cebra ( Danio rerio )
Las neuronas trigéminales, desarrolladas 16 horas después de la fertilización, son parte del sistema sensorial periférico y detectan estímulos térmicos y mecánicos en la piel. El modelo de "crecimiento y repulsión" surgió de la compleja restricción topográfica de los conos de crecimiento entre las neuronas trigémina y Rohon-Beard . [30]
- Planaria (Dugesia japonica)
Principales estructuras para los estudios de auto evitación [ editar ]
Las dos estructuras principales utilizadas en los estudios de auto evitación son las células ganglionares de la retina (RGC) en ratones y las neuronas somatosensoriales en Drosophila . Estas estructuras se señalan como modelos moleculares diferentes porque la molécula principal implicada en la autoevaluación es Dscam en invertebrados y Protocadherinas en vertebrados. [32]
Retina de ratón [ editar ]
El ensamblaje correcto de los componentes en la retina de los ratones depende de la expresión correcta de Dscam / DscamL1 para formar mosaicos de diferentes tipos de células de RGC, espaciamiento del soma y arborización de dendrita, asegurando así la cobertura de toda el área visual por cada tipo de célula y más específicamente para inhibir el exceso fasciculación y agrupamiento de cuerpos celulares en fotorreceptores, células bipolares de barra (RBC) y células amacrinas en el sistema visual. La aparición de una correcta estratificación y conexión con las sinapsis nos dice que la eliminación de Dscam afecta solo las interacciones repulsivas y se mantiene la cobertura de los cenadores dendríticos y las uniones funcionales. [33] [34]
Las principales conclusiones reales se basan en la identificación de diferentes tipos de neuronas retinianas, cada una con un valor de factor de cobertura diferente que revela grados graduados de repulsión dendrítica homotípica. La secuencia de desarrollo aceptada es 1) definir el número y el espaciamiento de las células, 2) el crecimiento controlado de las ramas y 3) el ajuste fino del mosaico dendrítico para una cobertura máxima de la estructura. Los experimentos con ratones mutantes para Math5 y Brn3b (responsables de la degeneración del 95% y el 80% de las células ganglionares de la retina, respectivamente) muestran que la eliminación de las células ganglionares no disminuye los tipos de células ganglionares de la retina y que la posición de estas células no está definida por la dendrítica interacciones homotípicas solamente, pero para algún tipo de programa genético intrínseco. [35]
Neuronas de la arborización dendrítica [ editar ]
Drosophila melanogaster es el modelo para experimentos en neuronas dendríticas múltiples (MD) que componen el patrón estereotipado del sistema nervioso periférico. Las neuronas de arborización dendríticas son el subtipo principal del grupo de neuronas MD y presentan dendritas altamente ramificadas debajo de la epidermis . Sugimura y col. [36] mostraron neuronas de arborización dendrítica (da) que estabilizan la forma de sus ramas en etapas larvales tempranas y otras que continúan moldeándose a lo largo del ciclo de vida.
Como otros tipos de células involucradas en procesos dependientes del auto reconocimiento (como la autoevaluación y el mosaico, ver Figura 2), estas neuronas pueden llenar los espacios vacíos que dejan las células vecinas y este proceso de llenado se desencadena por la pérdida de local contactos inhibidores isoneurales.
Ojo larval [ editar ]
Dado que Drosophila es uno de los modelos mejor estudiados en mecanismos de auto-reconocimiento neuronal, podemos encontrar varios resultados obtenidos en estadios larvarios. Uno de los ejemplos más notables es el desarrollo incorrecto de los cenadores dendríticos en el ojo larvario ( órgano de Bolwig ) debido a la mutación knockout de Dscam.
Desarrollo [ editar ]
Numerosos modelos y estructuras con diferentes tiempos de desarrollo y ciclos de vida se utilizan en los estudios de auto evitación. Por lo tanto, surgen algunos conflictos cuando intentamos definir una fase de desarrollo estricta para la ocurrencia de estos fenómenos. La idea inicial era que, en algún punto temprano del desarrollo, las células neurales contactan entre sí y organizan su distribución, pero varios estudios demostraron que la autoevaluación también está presente en la vida adulta.
Para resolver esta pregunta, sería ideal monitorear el desarrollo dendrítico de las neuronas desde su nacimiento hasta la maduración dentro de animales de montaje completo . [34] [35]
En Drosophila , los estudios comprenden fases larvarias y adultas, y el número de horas después de la capa de huevo es determinante para la correcta construcción del embaldosado dendrítico en las neuronas sensoriales. [36] Al principio de la etapa pupal, esas neuronas podan todas sus dendritas. Más tarde, cada neurona desarrolla una dendrita completamente nueva para la función adulta. Mientras se están remodelando las dendritas, los axones permanecen en gran parte intactos [37] y todas estas fases se verán afectadas negativamente en caso de interferencia con la propiedad de la autoevitación.
Los exones de los dominios Dscam se pueden expresar de manera diferente según la fase del ciclo de vida de la mosca. El empalme del exón 9 está regulado temporalmente, con solo unas pocas secuencias del exón 9 que contribuyen a las isoformas embrionarias tempranas y las posibles secuencias restantes del exón 9 se vuelven más prevalentes con la edad. Estos resultados demuestran que, independientemente de los miles de isoformasque podrían generarse, la diversidad continúa siendo controlada temporal y espacialmente. [38]
En la retina de ratón, la mayoría de las células ganglionares nacen en E17 (etapa embrionaria / día 17) . A esta edad, la retina ha alcanzado el 25% de su tamaño maduro [35] [39]
Bases moleculares de la auto evitación [ editar ]
Los estudios celulares de la auto evitación implican que cualquier mecanismo molecular subyacente debe exigir un reconocimiento robusto y selectivo de la superficie celular dependiente del contacto solo entre las ramas hermanas, y debe vincular el reconocimiento a los cambios en el comportamiento del cono de crecimiento . Estudios recientes para definir la base molecular de las interacciones homotípicas dependientes del contacto condujeron a la identificación de dos grandes familias de proteínas de la superficie celular codificadas por el locus de la molécula de adhesión celular del síndrome de Drosophila Down 1 ( Dscam1 ) y los loci agrupados de protocadherina (Pcdh) en mamíferos . Estas proteínas, con diversos dominios extracelulares y dominios de señalización intracelular presuntamente citoplasmáticos compartidos, pueden proporcionar diversas especificidades de reconocimiento a una amplia gama de diferentesneuritas , dotando a las neuronas de una identidad única de la superficie celular que permite que las neuronas se distingan de sí mismas de las no propias. Otros receptores de superficie propia implicados en la evitación propia incluyen el miembro de la superfamilia de inmunoglobulinas Turtle, que funciona en algunas neuronas de Drosophila da para forzar el espaciamiento de rama terminal. [40]
Invertebrados [ editar ]
DSCAM1 [ editar ]
Varios estudios han implicado a Drosophila Dscam1 en la auto evitación dendrítica y axonal y en el espaciamiento de procesos en diversas poblaciones neuronales, incluidos los axones del cuerpo de hongo , las dendritas de la neurona de proyección olfatoria (PN) y las dendritas de neuronas de la arborización dendrítica (da) [3] [4] [41 ] [41 ] [41 ] ] [42] [43] [44] [45] [46] Es notable que la función de Dscam tanto de invertebrados como de invertebrados depende del contexto y de las especies, ya que se ha demostrado que la molécula regula la repulsión, la excrecencia, la atracción / adhesión y formación de sinapsis en diferentes sistemas. [47] [48]
Dscam1 codifica un miembro de la superfamilia de inmunoglobulina (Ig) que, en Drosophila, puede generar hasta 19.008 proteínas con ectodominios distintos . [26] En los ensayos de unión , las cámaras Ds muestran interacciones homofílicas específicas de isoformas, pero se produce poca interacción entre isoformas diferentes, pero estrechamente relacionadas . [49] [50]
Dscam1 controla la auto evitación [ editar ]
El autorreconocimiento mediado por Dscam1 es esencial para evitarse entre las neuritas hermanasHughes et al. (2007) informaron que la pérdida de función de Dscamen las neuronas da causó un excesivo autocruzamiento de las dendritas de la misma neurona. La sobreexpresión de Dscam obligó a las respectivas dendritas a segregarse entre sí. En base a estos datos, Dscam resulta en una falta de auto evitación de las dendritas hermanas. Por lo tanto, las interacciones Dscam-Dscam homofílicas específicas de isoformas directas deben dar lugar a eventos de transducción de señales que conducen a la repulsión de las dendritas que expresan isoformas Dscam idénticas. Matthews et al apoyan esta conversión de una interacción inicial de la superficie celular dependiente de Dscam en una respuesta repulsiva que conduce a la separación de dendritas en las neuronas da. (2007) en un estudio que demostró que la expresión ectópica de isoformas de Dscam idénticas en las dendritas de diferentes células promueve el crecimiento lejos unas de otras.in vitro indujo su agregación de una manera específica de isoforma, lo que demuestra que Dscam proporciona a las células la capacidad de distinguir entre diferentes superficies celulares. Además, la expresión de moléculas Dscam1 individuales que carecen de la mayor parte de su cola citoplasmática evitó la segregación de ramas ectópicas y, en cambio, condujo a una adhesión aparentemente estable entre las dendritas. Combinados, estos resultados respaldan un modelo simple para un papel directo para Dscam en el auto reconocimiento en el que los ectodominios Dscam idénticos en las superficies de las dendritas isoneuronales se reconocen entre sí e inducen una señal repulsiva posterior que está mediada por dominios en la cola citoplasmática (Figura 7 )
El reconocimiento homofílico proporciona la base molecular para la auto evitación
Para probar si se requiere la unión homofílica de las isoformas Dscam1 para evitarse a sí mismo, Wu y sus colegas generaron pares de isoformas quiméricas que se unen entre sí (heterofílicas) pero no a sí mismas (homofílicas). Estas isoformas no pudieron apoyar la autoevaluación. Por el contrario, la coexpresión de isoformas complementarias dentro de la misma neurona restableció la autoevaluación. Estos datos establecen que el reconocimiento entre las isoformas de Dscam1 en superficies opuestas de neuritas de la misma célula proporciona la base molecular para evitarse a sí mismo. [7]
La diversidad en el locus Dscam1 es esencial para el auto reconocimiento [ editar ]
La diversidad de las isoformas de Dscam en neuronas individuales no es necesaria para evitarse a sí mismo ...
En 2004, Zhan et al. publicó un estudio en el que se exploraba la función de la diversidad Dscam evaluando las isoformas de Dscam expresadas por las neuronas en desarrollo del cuerpo del hongo (MB) , así como la capacidad de las isoformas individuales para rescatar los fenotipos de pérdida de función Dscam y las consecuencias de expresión ectópica de isoformas de Dscam individuales. Demostraron que diferentes subtipos de neuronas MB expresan diferentes matrices de isoformas Dscam y que la pérdida de Dscam1 en estas neuronas conduce a una falla en la separación de ramas, un fenotipo que puede ser rescatado por la expresión de isoformas arbitrarias únicas en neuronas individuales. Además, en las neuronas da, las isoformas individuales elegidas arbitrariamente rescataron el fenotipo de autoevaluación nulo Dscam1. [7] Estos resultados llevan a la conclusión de que la diversidad Dscam1 no es necesaria en las neuronas individuales para evitarse a sí mismos.
... pero la diversidad de isoformas Dscam expresadas por neuronas de diferentes tipos es esencial para discriminar entre neuritas propias y no propias
Para probar si la segregación de ramas hermanas requiere axones del cuerpo de hongos vecinos para expresar diferentes conjuntos de isoformas Dscam, Hattori et al. (2009) [51] redujo el repertorio completo de ectodominios Dscam a una sola isoforma utilizando recombinación homóloga y examinó la morfología del cuerpo de hongo en animales individuales y de control Dscam . En la mayoría de los cuerpos de hongosanalizado, uno de los dos lóbulos estaba completamente ausente y en las pocas muestras restantes, un lóbulo era significativamente más delgado que el otro. Este fenotipo dominante indica que los defectos no resultan de la pérdida de ninguna isoforma, sino de la presencia de la misma isoforma en todos los axones. Estos estudios llevaron a la conclusión de que cada neurona expresa un conjunto de isoformas Dscam1 muy diferentes de sus vecinas y que es crucial que las neuronas vecinas expresen distintas isoformas Dscam, pero la identidad específica de las isoformas expresadas en una neurona individual no es importante, ya que siempre que las ramas hermanas expresen el mismo conjunto de isoformas para permitir la repulsión homotípica entre ellas.
Se requieren miles de isoformas para el reconocimiento propio
Más tarde, Hattori et al. (2009) [51] adoptó una estrategia de reemplazo genómico para generar animales mutantes en los que el número de isoformas potenciales de Dscam1 era limitado. Su objetivo era determinar cuántas isoformas eran necesarias para garantizar que las neuritas no reconozcan y eviten de manera inapropiada las neuronas no propias. Los patrones de ramificación mejoraron a medida que aumentó el número potencial de isoformas, independientemente de la identidad de las isoformas. En conclusión, el tamaño del grupo de isoformas requerido para una discriminación sólida entre uno mismo y uno mismo es de miles.
En resumen, la identidad de isoformas entre las ramas de la misma neurona conduce al reconocimiento a través de la región extracelular y a la repulsión mediada por la cola intracelular de Dscam1. Como es probable que las isoformas Dscam1 expresadas en diferentes neuronas da sean diferentes, las dendritas de diferentes neuronas da no reconocen inapropiadamente el no ser como uno mismo. Por lo tanto, las proteínas Dscam1 son necesarias para evitarse a sí mismas y proporcionan el código molecular mediante el cual las neuritas discriminan entre las autodendritas y las de las células vecinas (Figura 7).
Vertebrados [ editar ]
DSCAM y DSCAML1 [ editar ]
La autoevaluación se ha explorado recientemente en el desarrollo del cerebro de los vertebrados y principalmente en el contexto de patrones de neuritas en las capas plexiformes internas (IPL). [34] [52] A diferencia de Drosophila , las DSCAM de ratón son moléculas típicas de la superficie celular, que carecen del empalme alternativo masivo de la mosca que se somete a la ortógena Dscam1. Por lo tanto, aunque las DSCAM pueden conservar una función conservada en la mediación de la auto evitación en los vertebrados, la ausencia de diversidad molecular deja en claro que no juegan un papel en el auto reconocimiento.
Las cámaras Ds actúan para negar las interacciones específicas del tipo de célula en lugar de promover activamente la repulsión en las neuritas de los vertebrados
Teniendo en cuenta que Dscam y Dscaml1 tienen patrones de expresión no superpuestos en la retina del ratón, Dscam se expresa en un subconjunto de células amacrinas y la mayoría de las células del ganglio retiniano (RGC) y Dscaml1 se expresa en el circuito de la barra, Fuerst et al. (2009) examinaron las poblaciones de células ganglionares de la retina en ratones Dscam - / - y, además, evaluaron la anatomía de la retina en el circuito de la varilla utilizando un alelo de genes inactivados con trampa de Dscaml1. En ausencia de cualquiera de los genes, las células que normalmente lo expresarían mostraron una fasciculación excesiva de sus dendritas y la agrupación de sus cuerpos celulares. Estos hallazgos llevaron a la conclusión de que Dscam y Dscaml1 evitan la adhesión excesiva, principalmente al enmascarar las interacciones adhesivas específicas del tipo celular entre las dendritas de la misma clase celular, en lugar de promover activamente la repulsión entre ellas. Por lo tanto, en ausencia de diversidad, las DSCAM de mamíferos no proporcionan a las células la capacidad de distinguir entre sus propios procesos y los procesos de todas las demás células, incluidos los procesos de células del mismo tipo. En cambio, DSCAM actúa para negar las interacciones específicas del tipo celular que son promovidas por otras moléculas de reconocimiento.
Protocadherina [ editar ]
Estudios más recientes demostraron que los ratones usan una familia diferente de moléculas de reconocimiento celular: Protocadherinas agrupadas (Pcdhs) , en una estrategia tipo Dscam1 de mosca para regular la auto evitación. Aunque tanto los genes agrupados de Pcdhs como Dscam1 generan familias de proteínas con diversos ectodominios unidos a un dominio citoplasmático común, el modo de generar Pcdhs agrupados y la diversidad de contrapartida Dscam1 de mosca es marcadamente diferente. La diversidad de Pcdhs se genera en gran medida por la elección del promotor alternativo, en oposición al empalme alternativo. [53] [54] El número de isoformas de Pcdhs varía entre las diferentes especies de vertebrados, pero en conjunto, generalmente hay del orden de 50 isoformas. [54] [55]
Reconocimiento homofílico específico de isoforma
Schreiner & Weiner descubrieron pruebas convincentes de especificidades de unión discretas de diferentes isoformas de Pcdhs agrupadas en 2010, quienes verificaron que las Pcdhs promueven el reconocimiento homofílico específico de isoformas. Mientras que el número de isoformas de Pcdhs palidece en comparación con el número de isoformas de Dscam1, la heterooligomerización de Pcdhs aumenta notablemente el número de especificidades de unión discretas codificadas por el locus. Los PCDH son necesarios para evitarse
Para buscar los roles de los Pcdh-γs en la auto evitación, Lefebvre et al. (2012) se centró en una interneurona retiniana , la célula amacrina starburst (SAC) , que expresa Pcdh-γs y exhibe una dramática evitación dendrítica. Utilizaron un sistema Cre-Lox para eliminar todos los dominios variables del locus Pcdh-γ en la retina en desarrollo y verificaron que las dendritas que surgen de un solo SAC se cruzan con frecuencia y, a veces, forman paquetes sueltos, de manera similar a la eliminación de Dscam1 de da neuronas (Figura 8).
La diversidad de Pcdhs es esencial para el auto reconocimiento
Además, Lefebvre y sus colegas evaluaron el requisito de diversidad de isoformas en la autoevaluacióndependiente de Pcdh-γ . Demostraron que las isoformas individuales elegidas arbitrariamente rescataron los defectos de autoevaluación del mutante Pcdh-γ y que la expresión de la misma isoforma en los SAC vecinos redujo la superposición entre ellos. Sus resultados indican que la diversidad parece ser la base de la discriminación propia / no propia, probablemente porque las neuronas vecinas tienen pocas probabilidades de expresar las mismas isoformas y, por lo tanto, son libres de interactuar. Por lo tanto, la diversidad de isoformas permite a los SAC distinguir las dendritas isoneuronales de las heteroneuronales. Al igual que con Dscam1 , la autoevaluación en SACno se basa en una isoforma específica, sino que requiere que el uso de la isoforma difiera entre las células vecinas. Por lo tanto, dos filos parecen haber reclutado moléculas diferentes para mediar estrategias complejas similares para el auto reconocimiento, promoviendo así la auto evitación.
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