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vías dopaminérgicas

Las principales vías dopaminérgicas del cerebro humano Las vías dopaminérgicas ( vías de dopamina , proyecciones dopaminérgicas ) en el cerebro humano participan en procesos tan...

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Las principales vías dopaminérgicas del cerebro humano

Las vías dopaminérgicas ( vías de dopamina , proyecciones dopaminérgicas ) en el cerebro humano participan en procesos tanto fisiológicos como conductuales, incluyendo el movimiento , la cognición , las funciones ejecutivas , la recompensa , la motivación y el control neuroendocrino . [ 1 ] Cada vía es un conjunto de neuronas de proyección , que consta de neuronas dopaminérgicas individuales.

Existen más de 10 grupos y vías de células dopaminérgicas. Las cuatro vías dopaminérgicas principales son la vía mesolímbica , la vía mesocortical , la vía nigroestriatal y la vía tuberoinfundibular . La vía mesolímbica y la vía mesocortical forman el sistema mesocorticolímbico. Otras dos vías dopaminérgicas a considerar son el tracto hipotalámico-espinal y la vía incertohipotalámica .

La enfermedad de Parkinson , el trastorno por déficit de atención con hiperactividad (TDAH), los trastornos por consumo de sustancias ( adicción ) y el síndrome de piernas inquietas (SPI) pueden atribuirse a una disfunción en vías dopaminérgicas específicas.

Las neuronas dopaminérgicas de las vías dopaminérgicas sintetizan y liberan el neurotransmisor dopamina . [ 2 ] [ 3 ] Las enzimas tirosina hidroxilasa y DOPA descarboxilasa son necesarias para la síntesis de dopamina. [ 4 ] Ambas enzimas se producen en los cuerpos celulares de las neuronas dopaminérgicas. La dopamina se almacena en el citoplasma y en vesículas en las terminales axónicas. La liberación de dopamina de las vesículas se desencadena por la despolarización de la membrana inducida por la propagación del potencial de acción. [ 4 ] Los axones de las neuronas dopaminérgicas se extienden a lo largo de toda su vía designada.

Senderos

Importante

Seis de las vías dopaminérgicas se enumeran a continuación. [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]

Minor

Hypothalamospinal
Incertohypothalamic
VTA → Hippocampus[6]
VTA → Cingulate cortex[6]
VTA → Olfactory bulb[6]
SNc → Subthalamic nucleus[11]

Function

Mesocorticolimbic system

The mesocorticolimbic pathway originates through the VTA and passes through the amygdala, nucleus accumbens, and hippocampus. These functions are relative to memory, emotional regulation, motivation, and reward.

The mesocorticolimbic system (mesocorticolimbic circuit) refers to both the mesocortical and mesolimbic pathways.[3][12] Both pathways originate at the ventral tegmental area (VTA) which is located in the midbrain. Through separate connections to the prefrontal cortex (mesocortical) and ventral striatum (mesolimbic), the mesocorticolimbic projection has a significant role in learning, motivation, reward, memory and movement.[13] Dopamine receptor subtypes, D1 and D2 have been shown to have complementary functions in the mesocorticolimbic projection, facilitating learning in response to both positive and negative feedback.[14] Both pathways of the mesocorticolimbic system are associated with ADHD, schizophrenia and addiction.[15][16][17][18]

Mesocortical pathway

The mesocortical pathway projects from the ventral tegmental area to the prefrontal cortex (VTA → Prefrontal cortex). This pathway is involved in cognition and the regulation of executive functions (e.g., attention, working memory, inhibitory control, planning, etc.) Dysregulation of the neurons in this pathway has been connected to ADHD.[16]

Mesolimbic pathway

Referred to as the reward pathway, mesolimbic pathway projects from the ventral tegmental area to the ventral striatum (VTA → Ventral striatum [núcleo accumbens y tubérculo olfatorio ]). [ 17 ] Cuando se anticipa una recompensa, la tasa de disparo de las neuronas dopaminérgicas en la vía mesolímbica aumenta. [ 19 ] La vía mesolímbica está involucrada con la saliencia de incentivo , la motivación , el aprendizaje por refuerzo, el miedo y otros procesos cognitivos. [ 6 ] [ 16 ] [ 20 ] En estudios con animales, el agotamiento de dopamina en esta vía, o las lesiones en su sitio de origen, disminuyen la medida en que un animal está dispuesto a llegar para obtener una recompensa (por ejemplo, el número de pulsaciones de palanca para nicotina o el tiempo de búsqueda de comida). [ 19 ] La investigación continúa para determinar el papel de la vía mesolímbica en la percepción del placer. [ 21 ] [ 22 ] [ 23 ] [ 24 ]

La vía nigroestriatal está implicada en conductas relacionadas con el movimiento y la motivación.

vía nigroestriatal

La vía nigroestriatal está implicada en conductas relacionadas con el movimiento y la motivación. La transmisión de neuronas dopaminérgicas al estriado dorsal desempeña un papel importante en la recompensa y la motivación, mientras que el movimiento está influenciado por la transmisión de neuronas dopaminérgicas a la sustancia negra. [ 25 ] [ 26 ] La vía nigroestriatal se asocia con afecciones como la enfermedad de Huntington, la enfermedad de Parkinson, el TDAH, la esquizofrenia y el síndrome de Tourette. La enfermedad de Huntington, la enfermedad de Parkinson y el síndrome de Tourette son afecciones afectadas por el funcionamiento motor [ 27 ] , mientras que la esquizofrenia y el TDAH se ven afectados por el funcionamiento de la recompensa y la motivación. Esta vía también regula el aprendizaje asociado, como el condicionamiento clásico y el condicionamiento operante. [ 28 ]

La vía tuberoinfundibular transmite dopamina desde el hipotálamo hasta la glándula pituitaria.

vía tuberoinfundibular

La vía tuberoinfundibular transmite dopamina desde el hipotálamo a la hipófisis . Esta vía también regula la secreción de prolactina por la hipófisis, responsable de la producción de leche materna en las mujeres. La hiperprolactinemia es una afección asociada causada por una producción excesiva de prolactina, frecuente en mujeres embarazadas. [ 29 ]

Circuito cortico-ganglios basales-tálamo-cortical

Las vías dopaminérgicas que se proyectan desde la sustancia negra pars compacta (SNc) y el área tegmental ventral (VTA) hacia el estriado (es decir, las vías nigroestriatal y mesolímbica, respectivamente) forman un componente de una secuencia de vías conocida como el bucle cortico-ganglios basales-tálamo-cortical . [ 30 ] [ 31 ] El componente nigroestriatal del bucle consiste en la SNc, dando origen a vías tanto inhibitorias como excitatorias que van desde el estriado hacia el globo pálido , antes de continuar hacia el tálamo, o hacia el núcleo subtalámico antes de dirigirse al tálamo . Las neuronas dopaminérgicas en este circuito aumentan la magnitud del disparo fásico en respuesta al error de recompensa positiva, es decir, cuando la recompensa excede la recompensa esperada. Estas neuronas no disminuyen la descarga fásica durante una predicción de recompensa negativa (menor recompensa de la esperada), lo que lleva a la hipótesis de que las neuronas serotoninérgicas, en lugar de las dopaminérgicas, codifican la pérdida de recompensa. [ 32 ] La actividad fásica de la dopamina también aumenta durante las señales que indican eventos negativos; sin embargo, la estimulación de las neuronas dopaminérgicas aún induce preferencia de lugar, lo que indica su papel principal en la evaluación de un estímulo positivo. A partir de estos hallazgos, se han desarrollado dos hipótesis sobre el papel de los ganglios basales y los circuitos dopaminérgicos nigroestriatales en la selección de acciones. El primer modelo sugiere un "crítico" que codifica el valor y un actor que codifica las respuestas a los estímulos en función del valor percibido. Sin embargo, el segundo modelo propone que las acciones no se originan en los ganglios basales, sino en la corteza, y son seleccionadas por los ganglios basales. Este modelo propone que la vía directa controla el comportamiento apropiado y la indirecta suprime las acciones que no son adecuadas para la situación. Este modelo propone que la activación dopaminérgica tónica aumenta la actividad de la vía directa, lo que provoca un sesgo hacia la ejecución más rápida de las acciones. [ 33 ]

Se cree que estos modelos de los ganglios basales son relevantes para el estudio del TOC , [ 34 ] [ 35 ] el TDAH , el síndrome de Tourette , la enfermedad de Parkinson , la esquizofrenia y la adicción . Por ejemplo, se hipotetiza que la enfermedad de Parkinson es el resultado de una actividad excesiva de la vía inhibitoria, lo que explica la lentitud de movimientos y los déficits cognitivos, mientras que se propone que el síndrome de Tourette es el resultado de una actividad excitatoria excesiva que produce los tics característicos de este síndrome. [ 33 ]

Regulación

El área tegmental ventral y la sustancia negra pars compacta reciben entradas de otros sistemas de neurotransmisores, incluyendo entradas glutamatérgicas , entradas GABAérgicas , entradas colinérgicas y entradas de otros núcleos monoaminérgicos. El VTA contiene receptores 5-HT 1A que ejercen un efecto bifásico sobre el disparo , con dosis bajas de agonistas del receptor 5-HT 1A provocando un aumento en la tasa de disparo, y dosis más altas suprimiendo la actividad. Los receptores 5-HT 2A expresados ​​en las neuronas dopaminérgicas aumentan la actividad, mientras que los receptores 5-HT 2C provocan una disminución en la actividad. [ 36 ] La vía mesolímbica, que se proyecta desde el VTA al núcleo accumbens, también está regulada por receptores muscarínicos de acetilcolina . En particular, la activación del receptor muscarínico de acetilcolina M2 y del receptor muscarínico de acetilcolina M4 inhibe la liberación de dopamina, mientras que la activación del receptor muscarínico de acetilcolina M1 aumenta la liberación de dopamina. [ 37 ] Las entradas GABAérgicas del estriado disminuyen la actividad neuronal dopaminérgica, y las entradas glutamatérgicas de muchas áreas corticales y subcorticales aumentan la tasa de disparo de las neuronas dopaminérgicas. Los endocannabinoides también parecen tener un efecto modulador sobre la liberación de dopamina de las neuronas que se proyectan desde el VTA y el SNc. [ 38 ] Las entradas noradrenérgicas derivadas del locus coeruleus tienen efectos excitatorios e inhibitorios sobre las neuronas dopaminérgicas que se proyectan desde el VTA y el SNc. [ 39 ] [ 40 ] Las entradas orexinérgicas excitatorias al VTA se originan en el hipotálamo lateral y pueden regular la descarga basal de las neuronas dopaminérgicas del VTA. [ 41 ] [ 42 ]

Véase también

Notas

  1. 1 2 En una sinapsis química , los neurotransmisores normalmente se liberan desde el terminal axónico presináptico y señalizan a través de receptores que se encuentran en las dendritas de la neurona postsináptica; sin embargo, en la neurotransmisión retrógrada , las dendritas de la neurona postsináptica liberan neurotransmisores que señalizan a través de receptores que se encuentran en el terminal axónico de la neurona presináptica. [ 41 ] Los endocannabinoides señalizan entre neuronas a través de la neurotransmisión retrógrada en las sinapsis; [ 41 ] en consecuencia, las neuronas dopaminérgicas que se proyectan desde el VTA y la SNc liberan endocannabinoides desde sus dendritas hacia los terminales axónicos de sus entradas GABAérgicas inhibitorias y glutamatérgicas excitatorias para inhibir sus efectos sobre el disparo neuronal dopaminérgico. [ 38 ] [ 41 ]

Referencias

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  6. 1 2 3 4 5 6 7 Malenka RC, Nestler EJ, Hyman SE (2009). "Capítulo 6: Sistemas de proyección amplia: monoaminas, acetilcolina y orexina". En Sydor A, Brown RY (eds.). Neurofarmacología molecular: fundamentos para la neurociencia clínica (2.ª ed.). Nueva York: McGraw-Hill Medical. págs. 147–148 , 154–157 . ISBN   978-0-07-148127-4Las neuronas de la SNc inervan densamente el estriado dorsal, donde desempeñan un papel fundamental en el aprendizaje y la ejecución de programas motores. Las neuronas del VTA inervan el estriado ventral (núcleo accumbens), el bulbo olfatorio, la amígdala, el hipocampo, la corteza prefrontal orbital y medial, y la corteza cingulada. Las neuronas DA del VTA desempeñan un papel fundamental en la motivación, el comportamiento relacionado con la recompensa, la atención y múltiples formas de memoria. ... Así, actuando en diversos campos terminales, la dopamina confiere saliencia motivacional ("deseo") a la recompensa misma o a las señales asociadas (región de la corteza del núcleo accumbens), actualiza el valor asignado a diferentes objetivos a la luz de esta nueva experiencia (corteza prefrontal orbital), ayuda a consolidar múltiples formas de memoria (amígdala e hipocampo) y codifica nuevos programas motores que facilitarán la obtención de esta recompensa en el futuro (región central del núcleo accumbens y estriado dorsal). ... La DA tiene múltiples acciones en la corteza prefrontal. Promueve el "control cognitivo" del comportamiento: la selección y el monitoreo exitoso del comportamiento para facilitar el logro de las metas elegidas. Los aspectos del control cognitivo en los que la DA desempeña un papel incluyen la memoria de trabajo, la capacidad de mantener información "en línea" para guiar las acciones, la supresión de comportamientos predominantes que compiten con las acciones dirigidas a la meta, y el control de la atención y, por lo tanto, la capacidad de superar las distracciones. ... Las proyecciones noradrenérgicas del LC interactúan así con las proyecciones dopaminérgicas del VTA para regular el control cognitivo.   
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  38. 1 2 3 Melis M, Pistis M (diciembre de 2007). "Señalización endocannabinoide en neuronas dopaminérgicas del mesencéfalo: ¿más que fisiología?" . Current Neuropharmacology . 5 (4): 268– 77. doi : 10.2174/157015907782793612 . PMC 2644494 . PMID 19305743 . Por lo tanto, es concebible que los bajos niveles de receptores CB1 se localicen en terminales glutamatérgicas y GABAérgicas que inciden en neuronas DA [127, 214], donde pueden ajustar con precisión la liberación de neurotransmisores inhibitorios y excitatorios y regular el disparo de las neuronas DA. De forma consistente, experimentos electrofisiológicos in vitro realizados por laboratorios independientes han proporcionado evidencia de la localización del receptor CB1 en las terminales axónicas glutamatérgicas y GABAérgicas en el VTA y la SNc.  
  39. 1 2 3 4 5 6 7 Morikawa H, Paladini CA (diciembre de 2011). "Regulación dinámica de la actividad de las neuronas dopaminérgicas del mesencéfalo: mecanismos intrínsecos, sinápticos y de plasticidad" . Neuroscience . 198 : 95–111 . doi : 10.1016 /j.neuroscience.2011.08.023 . PMC 3221882. PMID 21872647 .  
  40. 1 2 Chandler DJ, Waterhouse BD, Gao WJ (2014). "Nuevas perspectivas sobre la regulación catecolaminérgica de los circuitos ejecutivos: evidencia de modulación independiente de las funciones prefrontales por neuronas dopaminérgicas y noradrenérgicas del mesencéfalo" . Frontiers in Neural Circuits . 8 : 53. doi : 10.3389/fncir.2014.00053 . PMC 4033238. PMID 24904299. Se ha demostrado que la estimulación eléctrica del LC produce una excitación seguida de una breve inhibición de las neuronas dopaminérgicas (DA) del mesencéfalo a través de un mecanismo dependiente del receptor α1 (Grenhoff et al., 1993).  
  41. 1 2 3 4 5 6 Flores A, Maldonado R, Berrendero F (diciembre de 2013). "Interacción entre cannabinoides e hipocretina en el sistema nervioso central: lo que sabemos hasta ahora" . Frontiers in Neuroscience . 7 : 256. doi : 10.3389/fnins.2013.00256 . PMC 3868890. PMID 24391536. La interacción directa CB1-HcrtR1 se propuso por primera vez en 2003 (Hilairet et al., 2003). De hecho, se observó un aumento de 100 veces en la potencia de la hipocretina-1 para activar la señalización ERK cuando CB1 y HcrtR1 se coexpresaron ... En este estudio, se informó una mayor potencia de la hipocretina-1 para regular el heterómero CB1-HcrtR1 en comparación con el homómero HcrtR1-HcrtR1 (Ward et al., 2011b). Estos datos proporcionan una identificación inequívoca de la heteromerización CB1-HcrtR1, que tiene un impacto funcional sustancial. ... La existencia de una comunicación cruzada entre los sistemas hipocretinérgico y endocannabinoide está fuertemente respaldada por su distribución anatómica parcialmente superpuesta y su papel común en varios procesos fisiológicos y patológicos. Sin embargo, se sabe poco sobre los mecanismos subyacentes a esta interacción. ... Actuando como mensajeros retrógrados, los endocannabinoides modulan las entradas sinápticas excitatorias glutamatérgicas e inhibitorias GABAérgicas en las neuronas dopaminérgicas del VTA y la transmisión de glutamato en el NAc. Así, la activación de los receptores CB1 presentes en las terminales axónicas de las neuronas GABAérgicas en el VTA inhibe la transmisión de GABA, eliminando esta entrada inhibitoria en las neuronas dopaminérgicas (Riegel y Lupica, 2004). La transmisión sináptica de glutamato en el VTA y el NAc, principalmente desde las neuronas de la PFC, se modula de manera similar mediante la activación de los receptores CB1 (Melis et al., 2004).      • Figura 1: Esquema de la expresión de CB1 en el cerebro y neuronas orexinérgicas que expresan OX1 (HcrtR1) u OX2 (HcrtR2) • Figura 2: Mecanismos de señalización sináptica en los sistemas cannabinoide y orexina • Figura 3: Esquema de las vías cerebrales implicadas en la ingesta de alimentos  
  42. 1 2 Aston-Jones G, Smith RJ, Sartor GC, Moorman DE, Massi L, Tahsili-Fahadan P, Richardson KA (febrero de 2010). " Neuronas de orexina/hipocretina hipotalámicas laterales: un papel en la búsqueda de recompensa y la adicción" . Brain Research . 1314 : 74–90 . doi : 10.1016/j.brainres.2009.09.106 . PMC 2819557. PMID 19815001 .  
  43. 1 2 Jäntti MH, Mandrika I, Kukkonen JP (marzo de 2014). "Los receptores humanos de orexina/hipocretina forman complejos homo- y heteroméricos constitutivos entre sí y con los receptores cannabinoides CB1 humanos". Biochemical and Biophysical Research Communications . 445 (2): 486– 90. doi : 10.1016/j.bbrc.2014.02.026 . PMID 24530395. Los subtipos de receptores de orexina formaron fácilmente homo- y hetero(dímeros), como sugieren las señales BRET significativas. Los receptores CB1 formaron homodímeros y también heterodimerizaron con ambos receptores de orexina. ... En conclusión, los receptores de orexina tienen una propensión significativa a formar complejos homo- y heterodímeros/oligoméricos. Sin embargo, no está claro si esto afecta su señalización. Dado que los receptores de orexina transmiten señales de manera eficiente a los receptores CB1 a través de la producción de endocannabinoides, la dimerización podría ser una forma eficaz de formar complejos de señalización con concentraciones óptimas de cannabinoides disponibles para los receptores cannabinoides.