Líneas de investigación del Departamento Señalización Neuronal y Glial
El axón de las interneuronas de la capa molecular de la corteza cerebelosa
La integración sináptica constituye el núcleo de la señalización neuronal. Durante dicho fenómeno se procesa la información neuronal proporcionada por las neuronas presinápticas, dando lugar a una nueva codificación de las señales que tiene en cuenta tanto la actividad de las neuronas presinápticas como las propiedades intrínsecas de la neurona integradora. En la visión clásica de la integración sináptica, las tareas de los distintos compartimentos neuronales están claramente definidas: el compartimento somatodendrítico recoge la información sináptica; el segmento inicial del axón establece el umbral del potencial de acción (PA); y el axón transmite dicho PA a las terminales presinápticas. En los últimos años, sin embargo, se han puesto en evidencia varias excepciones a esta organización clásica, y hoy está claro que las neuronas individuales no necesariamente se comportan como la «neurona platónica» descrita por Coombs, Eccles y Fatt a mediados de los años 1950.
Entre los diferentes compartimentos neuronales, el axón sigue estando relativamente poco explorado desde un punto de vista funcional. Tradicionalmente, los axones han sido considerados dispositivos de señalización responsables de transformar las entradas sinápticas graduadas a nivel del compartimento somatodendrítico en una señal digital, todo o nada, altamente estereotipada: el potencial de acción. Desde esta perspectiva, se comportan como simples relés punto a punto. Aunque esto es parcialmente correcto, es una visión fragmentaria. Hoy en día, una gran cantidad de trabajos muestran que el axón es capaz de realizar operaciones que influyen fuertemente en la función neuronal.
El objetivo general de esta línea de investigación es comprender cómo el axón contribuye a la dinámica de la señalización neuronal en células de axón corto del sistema nervioso central adulto. Para ello estudiamos el axón de las interneuronas de la capa molecular del cerebelo, donde realizamos registros electrofisiológicos directos del axón, el soma y las dendritas.
The axon of molecular layer interneurons of the cerebellar cortex
Synaptic integration stands at the core of neuronal signaling. During synaptic integration, neuronal information provided by the presynaptic neurons is processed, leading to a new encoding of signaling that takes into account both the activity of the presynaptic neurons and the intrinsic properties of the integrating neuron. In the classical view of synaptic integration, the tasks of various compartments of this neuron are sharply defined: the somatodendritic compartment gathers synaptic information; the axon initial segment (AIS) sets the threshold for action potential (AP) firing; and the axon transmits the new AP to presynaptic terminals. In recent years however, several studies have uncovered substantial deviations from this simple picture, and today it is clear that individual neurons do not necessarily behave as the « Platonic neuron » described by Coombs, Eccles and Fatt in the middle 1950.
Among the different neuronal compartments, the axonal arbor remains comparatively under- explored from a functional point of view. Traditionally, axons have been considered as signaling devices responsible for transforming graded synaptic inputs into the somatodendritic compartment into a digital, all-or-none signal that is highly stereotyped, the AP. From this perspective, they behave as simple point-to-point relays. Although this is partially correct, it is a fragmentary view. Today, a large body of work clearly shows that the axon is able to perform rich computations that strongly influence neuronal function.
The overall aim of this research line is to understand how the neuronal axon contributes to the dynamics of neuronal signaling in short-axon cells of the adult central nervous system. In order to do that we study the axon of cerebellar molecular layer interneurons, where we perform direct, electrophysiological recordings from the axon, soma and dendrites.
El papel funcional del proceso apical de las CSFcN (neuronas que contactan el LCR)
Las neuronas en contacto con el líquido cefalorraquídeo (en adelante, CSFcNs) son células GABAérgicas que se posicionan de manera intercalada entre las células ependimarias que recubren el canal central de la médula espinal. Morfológicamente, el soma de las CSFcNs se sitúa a nivel subependimario. Su proceso apical se extiende hacia la luz del canal central y termina en una estructura bulbosa característica, más o menos esférica, que está en contacto directo con el líquido cefalorraquídeo (LCR). Esta morfología única posiciona a los CSFcNs en una posición estratégica, en la interfaz entre el LCR (a través de su proceso apical) y el espacio intersticial de la médula espinal (a través del resto de la célula).
Aunque los CSF-cN se describieron por primera vez a principios del siglo XX, su función sigue siendo enigmática. Su morfología, que se asemeja a la de las células sensoriales olfativas o gustativas, sugiere una función sensorial. Apoyando esta hipótesis, Huang et al. (2006) identificaron que la proteína PKD2L1 (un canal de la familia de los TRP), que se expresa en una subpoblación de células gustativas sensibles al sabor amargo, también se expresa en las CSFcNs. A través de registros electrofisiológicos, los autores concluyeron que las CSFcNs son sensibles al pH ácido. Este estudio fue el primero en investigar la fisiología de las CSFcNs y sirvió como catalizador para una serie de estudios posteriores centrados en la función sensorial de estas células.
En colaboración con el Departamento de Neurofisiología Celular y Molecular del IIBCE, liderado por el Dr. Raúl Russo, estamos utilizando métodos electrofisiológicos y de imagen para estudiar la fisiología sensorial del proceso apical de las CSFcNs, con especial enfoque en su sensibilidad al pH y a estímulos mecánicos.
The functional role of the Apical Process of CSFcNs
Cerebrospinal fluid-contacting neurons (hereafter, CSF-cNs) are GABAergic cells intercalated between the ependymal cells that line the central canal of the spinal cord. Morphologically, the soma of a CSF-cN is located at a subependymal level. Its apical process extends into the central canal lumen, terminating in a characteristic, more or less spherical bulbous structure that is in direct contact with the cerebrospinal fluid (CSF). This unique morphology positions CSF-cNs at a strategic interface between the CSF (via their apical process) and the interstitial space of the spinal cord (via the rest of the cell).
Although CSF-cNs were first described at the beginning of the 20th century, their function remains enigmatic. Their morphology, which resembles that of olfactory or gustatory sensory cells, suggests a sensory role. Supporting this hypothesis, Huang et al. (2006) identified that a protein called PKD2L1 ("polycystic kidney disease 2-like 1"), which is expressed in a subpopulation of sour-taste-sensitive gustatory cells, is also expressed in CSF-cNs. Through electrophysiological recordings, the authors concluded that CSF-cNs are chemosensitive to acidic pH. This study was the first to investigate the physiology of CSF-cNs and served as the catalyst for a series of subsequent studies focusing on the sensory role of these cells.
In collaboration with the Cellular and Neurophysiology Department, led by Dr. Raúl Russo, we are currently using electrophysiological and imaging methods to study the sensory physiology of the CSF-cN apical process, with a particular focus on its pH and mechanosensitivity.