Indicadores de sinapsis únicas de liberación y aceptación de glutamato en rebanadas cerebrales agudas de ratones normales y Huntington

El impacto relativo de cada terminal sináptico perteneciente a una “conexión unitaria” (es decir, la conexión entre 2 células nerviosas) se evalúa típicamente por su influencia en el segmento inicial de la neurona postsináptica^1,,2. Las grabaciones somáticas y/o dendríticas de las neuronas postsinápticas representan las más comunes y, hasta ahora, también los medios más productivos para aclarar el procesamiento de la información bajo una perspectiva descendente o vertical^3,4,5. Sin embargo, la presencia de astrocitos con sus territorios discretos y (en roedores) no superpuestos puede contribuir a una perspectiva horizontal que se basa en mecanismos locales de intercambio de señales, integración y sincronización en sitios sinápticos^6,,7,8,9,10.

Porque se sabe que la astroglia juega, en general, un papel importante en la patogénesis de la enfermedad neurodegenerativa^11,12 y, en particular, un papel en el mantenimiento y la plasticidad de las sinapsis glutamatérgicas^13,14,15,16, es concebible que las alteraciones en el rendimiento sináptico evolucionan de acuerdo con el estado de los astrocitos en el área de destino compartido de fibras aferentes con diversa sortividad. Para explorar más a fondo los mecanismos reguladores locales derivados de la astroglia en salud y enfermedad, es necesario evaluar las sinapsis individuales. El enfoque actual se elaboró para estimar el rango de indicadores funcionales de liberación y aclaramiento de glutamato y para definir los criterios que pueden utilizarse para identificar sinapsis disfuncionales (o recuperadas) en áreas cerebrales más estrechamente relacionadas con el inicio del movimiento (es decir, en primer lugar en la corteza motora y el estriado dorsal).

El estriado carece de neuronas glutamatérgicas intrínsecas. Por lo tanto, es relativamente fácil identificar aferentes glutamatérgicos de origen extratriatal. Estos últimos se originan principalmente en el tálamo medial y en la corteza cerebral (ver^17,18,19,20 para más). Las sinapsis corticostriatales están formadas por los axónicos de las neuronas piramidales localizadas en las capas corticales 2/3 y 5. Los axones respectivos forman conexiones bilaterales intratelencéfalas (IT) o conexiones ipsilaterales a través de un sistema de fibra que constituye más caudalmente el tracto piramidal (PT). Además, se ha sugerido que los terminales de tipo IT y PT difieren en sus características de liberación y tamaño^21,,22. En vista de estos datos, también se podrían esperar algunas diferencias en el manejo del glutamato.

El estriado es el área cerebral más afectada en la enfermedad de Huntington (EH)⁵. La EH humana es un trastorno neurodegenerativo hereditario genético grave. El modelo de ratón Q175 ofrece la oportunidad de investigar la base celular de la forma hipocinética-rígida de la EH, un estado que tiene mucho en común con el parkinsonismo. A partir de una edad de aproximadamente 1 año, los ratones homocigotos Q175 (HOM) presentan signos de hipocinesia, como se revela midiendo el tiempo pasado sin movimiento en un campo abierto²³. Los actuales experimentos con ratones heterocigoto Q175 (HET) confirmaron los déficits motores anteriores observados en HOM y, además, mostraron que los déficits motores observados estaban acompañados por un nivel reducido de la proteína 2 del transportador de aminoácidos astrocíticos excitatorios (EAAT2) en las inmediaciones de los terminales sinápticos corticostria^24. Por lo tanto, se ha planteado la hipótesis de que un déficit en la aceptación astrocítica de glutamato podría conducir a la disfunción o incluso la pérdida de las respectivas sinapsis^25,26.

Aquí, describimos un nuevo enfoque que permite evaluar el aclaramiento de glutamato de sinapsis única en relación con la cantidad del neurotransmisor liberado. El nuevo sensor de glutamato iGlu_u se expresó en neuronas piramidales corticostriatales. Fue desarrollado por Katalin T’r-k²⁷ y representa una modificación del sensor de glutamato de alta afinidad pero lento iGluSnFR²⁸introducido anteriormente. Ambos sensores son derivados de la proteína fluorescente verde mejorada (EGFP). Para las características espectrales y cinéticas, véase Helassa et al.²⁷. En resumen, iGlu_u es un sensor de baja afinidad con cinética de desactivación rápida y por lo tanto particularmente adecuado para estudiar el aclaramiento de glutamato en terminales sinápticos que liberan glutamato. La constante de tiempo de disociación de iGlu_u se determinó en un dispositivo de flujo detenido, que hacía un valor de Tau_apagado de 2,1 ms a 20 oC, pero 0,68 ms cuando se extrapolaba a una temperatura de 34 oC²⁷. Los terminales colaterales Single Schaffer sondeados a 34 oC con escaneo láser en espiral en la región CA1 de cultivos de hipocampo organotípicos bajo un microscopio de 2 fotóns exhibieron una constante de tiempo medio de descomposición de 2,7 ms.