Quo vadis axón?

Naukas

Mientras espero el metro, me doy cuenta de que algo está mal en el suelo del andén. El patrón de las baldosas de gres oscuras, lisas, está interrumpido a metro y medio del borde por una línea de baldosas blancas con surcos que discurre paralela al andén. Luego vuelven las baldosas lisas hasta el borde, donde hay un par de bandas de goma. No tienen ningún sentido esas baldosas blancas, es un cambio estético absurdo. Un cambio que se repite en todas las estaciones.

Aún no ha venido el metro pero sigue llegando gente: escucho el sonido del bastón de un ciego que acaba de bajar al andén. Sin apoyarse en la pared, el hombre va por el centro del andén deslizando la punta de su bastón de un lado a otro por las baldosas oscuras. El hombre no camina completamente paralelo a la vía y poco a poco su trayectoria lo acerca hacia el borde. Antes de que pueda avisarle, en una de las oscilaciones la punta del bastón pasa por el patrón irregular de las baldosas blancas con surcos. El ciego corrige su trayectoria.

Dibujo de Ramón y Cajal de las células de la retina de los mamíferos. La retina de los mamíferos, Madrid, 1900. Instituto Ramón y Cajal CSIC, Madrid.
Dibujo de Ramón y Cajal de las células de la retina de los mamíferos. La retina de los mamíferos, Madrid, 1900. Instituto Ramón y Cajal CSIC, Madrid.

Durante el desarrollo de un organismo, las células se multiplican y migran hasta crear un ser vivo totalmente funcional. Las células epiteliales crecen formando vasos sanguíneos, que también están acompañados de capas musculares. Hay huesos, células inmunitarias, un sistema nervioso y otro linfático. Todas las células proliferan y migran, pero hay un sistema en el que eso no basta para hacerlo funcionar: el sistema nervioso. Hace falta algo más. Un fenómeno tan complejo como los dos anteriores pero específico de este sistema: hay que conectar los cables. Son necesarios los procesos de guía axonal.

Aunque solo representan el diez por ciento de las células del sistema nervioso, las neuronas son las encargadas de transmitir la información, procesarla y generar una respuesta. Para ello, estas células se encuentran conectadas entre sí o con otros tejidos gracias a unos cables: los axones. Los axones son prolongaciones alargadas de la neurona que van desde su cuerpo celular, o soma, hasta el sitio donde se conectan, también llamado tejido diana. Si agrupamos muchos de estos axones juntos tenemos un nervio, que veces conectan partes muy lejanas del cuerpo humano, como por ejemplo la punta de los dedos de un feto en desarrollo y su médula espinal. Así que a veces el axón tiene que recorrer bastantes centímetros de distancia. Hay que admitir que es un recorrido largo para una prolongación de tamaño celular. Y sin embargo, normalmente llega bien a su destino.

Neuronas cerebrales de ratón donde se ha utilizado la técnica Brainbow para marcar individualmente las neuronas con distintos colores.
Neuronas cerebrales de ratón donde se ha utilizado la técnica Brainbow para marcar individualmente las neuronas con distintos colores.

Esto es debido a que los procesos de guía axonal se encuentran altamente regulados. Son tan importantes en la formación de un sistema nervioso que muchos de los mecanismos moleculares implicados están conservados evolutivamente tanto en vertebrados como en invertebrados. Además, para poder crecer siguiendo todas las señales moleculares que le dicen al axón hacia dónde ir, este desarrolla en su extremo una estructura llamada cono de crecimiento, que se desplaza a través de los tejidos siguiendo las señales de guía axonal.

El cono de crecimiento es ciego. No ve hacia donde va. Pero puede detectar las señales de guía axonal que le envían los tejidos. Para ello, genera en todas direcciones microprolongaciones que palpan el terreno y que se encargan de percibir las señales, ya sean moléculas sueltas o ancladas al tejido. Estas señales pueden ordenarle al cono de crecimiento dos cosas: sigue adelante, señal atractiva, o no sigas, señal repulsiva. Y de hecho, los conos de crecimiento suelen recibir continuamente ambas señales con diferente intensidad desde distintas posiciones espaciales. Es toda esta información la que guía con precisión al axón durante su crecimiento.

Experimento in vitro donde el cono de crecimiento es atraído, y posteriormente repelido, por la molécula Netrina1 (que se introduce al medio por una pipeta cuyo extremo es la punta gris en la parte superior de las imágenes). En las primeras imágenes se ve como inicialmente el cono de crecimiento se mueve hacia la fuente de Netrina1. Sin embargo, cuando se aproxima demasiado a la punta, la elevada concentración de Netrina1 en esa zona repele al cono de crecimiento (imágenes inferiores).
Experimento in vitro donde el cono de crecimiento es atraído, y posteriormente repelido, por la molécula Netrina1 (que se introduce al medio por una pipeta cuyo extremo es la punta gris en la parte superior de las imágenes). En las primeras imágenes se ve como inicialmente el cono de crecimiento se mueve hacia la fuente de Netrina1. Sin embargo, cuando se aproxima demasiado a la punta, la elevada concentración de Netrina1 en esa zona repele al cono de crecimiento (imágenes inferiores).

Una vez se ha establecido el cableado, será el uso de las conexiones lo que determine si estas serán reforzadas con el tiempo o no. Esto es tan importante que a veces a los procesos de guía axonal les sigue directamente un cribado de las conexiones. Uno de los ejemplos más claros es la poda neuronal que se produce cuando tenemos entre diez-doce años de edad. La poda neuronal consiste en reforzar las conexiones neuronales que más hemos estado utilizando hasta el momento y desechar gran parte de las otras restantes, que apenas han tenido uso. Tras esto, el cerebro del niño es más robusto, pero ya no es tan plástico como una esponja que lo absorbe todo.

Afortunadamente, incluso un cerebro maduro es todavía un órgano bastante plástico que continuamente necesita generar nuevas conexiones según vamos aprendiendo. Esto hace que los procesos de guía axonal nos acompañen desde nuestro origen hasta nuestras últimas experiencias.

Este post ha sido realizado por el Dr. Pablo José Barrecheguren Manero (@pjbarrecheguren) y es una colaboración deNaukas con la Cátedra de Cultura Científica de la UPV/EHU.

Referencias:

Ming, G. L., Song, H. J., Berninger, B., Holt, C. E., Tessier-Lavigne, M., & Poo, M. M. (1997). cAMP-dependent growth cone guidance by netrin-1. Neuron, 19(6), 1225–1235.

Raper, J., & Mason, C. (2010). Cellular strategies of axonal pathfinding. Cold Spring Harbor Perspectives in Biology, 2(9), a001933.

Smith, S. J. (2007). Circuit reconstruction tools today. Current Opinion in Neurobiology, 17(5), 601–8.

Song, H., & Poo, M. (2001). The cell biology of neuronal navigation. Nat Cell Biol, 3(3), E81–8.

5 comentarios

  • […] Mientras espero el metro, me doy cuenta de que algo está mal en el suelo del andén. El patrón de las baldosas de gres oscuras, lisas, está interrumpido a metro y medio del borde por una línea de baldosas blancas con surcos que discurre paralela al andén. Luego vuelven las baldosas lisas hasta el borde, donde hay un par de bandas de goma. No tienen ningún sentido esas baldosas blancas, es un cambio estético absurdo. Un cambio que se repite en todas las estaciones.  […]

  • Avatar de Juan R

    Estupendo artículo. Sin embargo el párrafo final deja una idea que puede confundir al lector (general). La plasticidad en adulto, esa de las nuevas conexiones, es debida más a reorganización local de las sinapsis a lo largo de una misma célula (o conjunto de células que reciben entradas comunes implicadas en una plasticidad como base del aprendizaje), más que a un desplazamiento del axón buscando nuevas dianas en una misma estructura o en otras estructuras cerebrales. Esto último es mucho más difícil en cerebro adulto tanto en situación normal como patológica. Por ejemplo, en ictus o lesión medular se propone una gran reorganización de dianas axonales que implicaría un desplazamiento espacial difícil de demostrar (aunque en algunos modelos de patología en animales se ha mostrado un viaje de axones hacia dianas cercanas, unas decenas de micras!, como forma celular de sobrevivir, lo que puede aumentar la patología por conexiones aberrantes… esto es otro tema ).
    Los datos recientes son más coherentes con un cambio en la distribución de sinapsis que previamente ya había en conexión con las zonas implicadas pero que tenían menos peso específico en determinadas funciones. Un cambio en la organización sináptica local y el las propiedades de las mismas (que ganan más peso o pierden importancia en el conjunto de la transmisión sináptica que recibe la célula diana) son la base de la plasticidad en adulto.
    Y si, para esa reorganización de sinapsis también hacen falta guías y desplazamientos, pero las escalas en distancia de una guía axonal (por ejemplo de la corteza al tálamo durante el desarrollo) son abismales comparada con las que se dan en adulto (por ejemplo la modificación de sinapsis a lo largo de las dendritas en conexiones intracorticales de un área determinada).
    Mi lectura del párrafo final me lleva a pensar en una confusión entre guía axonal durante desarrollo y la generación de nuevas conexiones en adulto, que son otra cosa como acabo de explicar.

    Saludos

    • Avatar de Christian

      Osea en otras palabras, esa es la razón por la que accidentes en el sistema nervioso en adultos, significa una nula o muy difícil recuperación?

  • […] Com tot en aquesta vida, la neurociència també té uns inicis, unes arrels que han anat obrint camins, retraient-se i tornant a créixer per una via diferent al llarg de la història fins arribar a l’actualitat. Ara bé, aquesta analogia que us pot semblar tan poètica és, en realitat, un reflex del que han fet totes les neurones que posseïm (i les que fa temps han desaparegut) durant el nostre desenvolupament i creixement (podeu llegir-ne més aquí). […]

  • […] Mientras espero el metro, me doy cuenta de que algo está mal en el suelo del andén. El patrón de las baldosas de gres oscuras, lisas, está interrumpido a metro y medio del borde por una línea de baldosas blancas con surcos que discurre paralela  […]

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