Autapse

Unha autapse é unha sinapse química ou eléctrica que establece unha neurona consigo mesma, é dicir unha "auto-sinapse". Tamén se pode describir como unha sinapse entre o axón dunha neurona e as súas propias dendritas in vivo ou in vitro. O adxectivo que corresponde a autapse é autáptico, similar a sináptico.

Historia

O termo "autapse" foi acuñado en 1972 por Van der Loos e Glaser, que observaron autapses en preparcións de Golgi de córtex occipital de coello mentres realizaban unha análise cuantitativa dos circuítos do neocórtex. Ademais, na década de 1970, describíronse autapses no córtex cerebral de cans e ratas, no neostriatum de monos, e na medula espiñal de gatos. Tamén existen no ser humano.

En 2000 foron modelizadas por primeira vez como apoio da persistencia da memoria en redes neurais recorrentes. En 2004 foron modelizadas como demostración de comportamento oscilatorio, que estaba ausente na mesma neurona modelo sen autapse. Máis especificamente, a neurona oscilaba entre taxas de disparo de impulsos altas e a supresión do disparo, reflectindo o comportamento en pico explosivo atopado tipicamente nas neuronas cerebrais. En 2009 as autapses foron asociadas por primeira vez coa activación sostida. Isto serviu para propoñer unha posible función para as autapses excitatorias dentro dun circuíto neural. En 2014 atopouse que as autapses eléctricas xeraban ondas diana e espirais estables nunha rede de modelo neural. Isto indicaba que xogaban un importante papel na estimulación e regulación do comportamento colectivo das neuronas na rede. En 2016 presentouse un modelo de resonancia.

As autapses foron utilizadas para simular as condicións de "mesma célula" para facilitar aos investigadores a realización de comparacións cuantitativas, como cando se estuda como afectan os antagonistas do receptor de N-metil-D-aspartato (NMDAR) aos NMDARs sinápticos fronte aos extrasinápticos.

Formación

Recentemente, propúxose que as autapses poderían formarse como resultado do bloqueo da transmisión do sinal neuronal, como en casos de lesión axonal inducida por velenos ou obstrución de canles iónicas. As dendritas que saen do soma xunto cun axón auxiliar poden desenvolverse formando unha autapse que axude a remediar a transmisión de sinais da neurona.

Estrutura e función

As autapses poden ser liberadoras de glutamato (excitatorias) ou liberadoras de GABA (inhibitorias), igual que as sinapses tradicionais correspondentes. De xeito similar, as autapses poden ser de natureza eléctrica or química.

Falando en xeral, a retroalimentación negativa nas autapses tende a inhibir as neuronas excitables, mentres que a retroalimentación positiva pode estimular neuronas quiescentes.

Aínda que a estimulación de autapses inhibitorias non induce potenciais postsinápticos inhibitorios hiperpolarizantes en interneuronas da capa V das preparacións neocorticais, viuse que afecta a excitabilidade. Usando antagonistas do GABA para bloquear as autapses, increméntase a probabilidade dun segundo paso de despolarización inmediatamente despois dun primeiro paso de despolarización. Isto suxire que as autapses actúan suprimindo o segundo de dous pasos de despolarización estreitamente cronometrados e, polo tanto, poden proporcionar inhibición da retroalimentación nestas células. Este mecanismo podería explicar a inhibición da derivación.

En cultivos celulares as autapses contribúen á activación prolongada de neuronas B31/B32, que contribúe significativamente ao comportamento de resposta á alimentación en Aplysia. Isto suxire que as autapses poden xogar un papel na mediación da retroalimentación positiva. É importante sinalar que as autapses en B31/B32 eran incapaces de ter un papel na iniciación da actividade da neurona, aínda que se cre que axudan a manter o estado despolarizado da neurona. O grao no que as autapses manteñen a despolarización non está claro, especialmente porque outros compoñentes do circuíto neural (é dicir, as neuronas B63) son tamén capaces de proporcionar impulsos sinápticos fortes por medio de despolarización. Ademais, suxeriuse que as autapses proporcionan ás neuronas B31/B32 a capacidade de repolarizarse rapidamente. Bekkers (2009) propuxo que bloqueando especificamente a contribución das autapses e despois avaliando as diferenzas con ou sen autapses bloqueadas poderíase ter unha mellor idea da función das autapses.

As neuronas do modelo Hindmarsh–Rose (HR) mostran padróns caóticos, regulares, quiescentes e periódicos de explosións de disparos de impulsos sen autapses. Por medio da introdución dunha autapse eléctrica, o estado periódico cambia ao estado caótico e presenta un comportamento alternante que aumenta en frecuencia cunha intensidade autáptica maior e atraso no tempo. Por outra parte, as autapses químicas excitatorias potencian o estado caótico global. O estado caótico era reducido e suprimido nas neuronas con autapses químicas inhibitorias. Nas neuronas do modelo HR sen autapses, o padrón de disparo de impulsos pasaba do quiescente ao periódico e despois ao caótico a medida que se incrementaba a corrente continua. Xeralmente, as neuronas do modelo HR con autapses teñen a capacidade de cambiar a calquera padrón de disparo, sen importar o padrón de disparo previo.

Localización

As neuronas de varias rexións do cerebro, como o neocórtex, substancia negra e hipocampo conteñen autapses.

As autapses son relativamente máis abondosas nas células que conectan con dendritas e células cesta GABAérxicas do córtex visual de gatos comparadas con células estreladas espiñosas, células de buqué dobre e células piramidais, o que suxire que o grao de autoinnervación dunha neurona é específico de célula. Adicionalmente, as autapses das células que conectan con dendritas estaban como media máis afastadas do soma comparadas coas das autapses das células cesta.

O 80 % das neuronas piramidais da capa V en desenvolvemento no neocórtex de ratas contiñan conexións autápticas, que estaban localizadas máis ben en dendritas basais e dendritas oblicuas apicais que nas dendritas apicais principais. As posicións dendríticas das conexións sinápticas do mesmo tipo de célula eran similares ás das autapses, o que suxire que as redes autáptica e sináptica comparten un mecanismo común de formación.

Implicación en enfermidades

Na década de 1990, sinalouse que as descargas epileptiformes interictais de tipo de cambio despolarizante paroxísmico eran principalmente dependentes da actividade autáptica para o crecemento de neuronas de rata do hipocampo excitatorias solitarias en microcultivo.

Máis recentemente, en tecidos do neocórtex humano de pacientes de epilepsia intratable, as autapses GABAérxicas de neuronas de pico rápido (FS, fast spiking) teñen unha liberación asíncrona máis forte comparadas tanto con tecidos non epilépticos coma con outros tipos de sinapses nas que estaban implicadas neuronas FS. O estudo atopou resultados similares usando un modelo de ratas. Suxeriuse que un incremento na concentración de Ca²⁺ residual xunto coa amplitude do potencial de acción en neuronas FS causa este incremento de liberación asíncrona no tecido epiléptico. Os fármacos antiepilépticos poderían actuar sobre esta liberación asíncrona de GABA que parece ocorrer incontroladamente nas autapses das neuronas FS.

Efectos dos fármacos

Usar un medio condicionado de glía para tratar microcultivos de células ganglionares retinais libres de glía purificadas de rata incrementa significativamente o número de autapses por neurona comparadas co control. Isto indica que os factores sensibles á proteinase K solubles derivados da glía inducen a formación de autapses en células ganglionares retinais de rata.