Cáliz de Held

En el segundo día posnatal (P2), se forma el cáliz de Held inmaduro de la rata, fácilmente distinguible por su característica morfología de cuchara sellada . ^{[ 12 ]} Los contactos sinápticos primarios que forman el cáliz se establecen entre neuronas del MNTB (núcleo medial del cuerpo trapezoide) y el VCN (nervio coclear ventral), conectándose finalmente entre sí al proyectarse a través de la línea media de ambas áreas. Estas asociaciones comienzan a aparecer inmediatamente después de la generación de las neuronas del VCN; la formación más temprana de estos contactos se observa alrededor del día embrionario 17 (E17). Estas conexiones neuronales, que conforman una zona importante de la cóclea, forman ramificaciones que terminan en el cáliz de Held. Durante las siguientes dos o tres semanas, los contactos neuronales que formaron inicialmente el cáliz embrionario evolucionan en forma y función, culminando en un cáliz maduro que facilita la propagación rápida y consistente de señales en el área MNTB-VCN. ^{[ 14 ]}

Durante el desarrollo neuronal temprano, se producen algunos procesos específicos para asegurar la correcta formación del cáliz, mediante la influencia del factor de crecimiento fibroblástico (FGF), el factor de transcripción Math5, la molécula de reconocimiento celular neural NB-2 y las proteínas efrina (Eph) en las células. Math1/Math5 y FGF son dos reguladores esenciales para el crecimiento y desarrollo adecuados del complejo del núcleo coclear , que comprende tanto el núcleo coclear ventral (VCN) como el núcleo coclear dorsal (DCN). Niveles suficientes de FGF aseguran la morfología adecuada de los núcleos cocleares, mientras que Math5 garantiza el tamaño y procesamiento correctos del núcleo coclear. Math1, otro factor de transcripción, es necesario para la aparición de neuronas del VCN en la vía extramural coclear, así como para las neuronas del complejo olivar superior . NB-2 también contribuye al avance en la formación del cáliz de Held y al mantenimiento del MNTB contralateral. Los efectos combinados de estas tres moléculas entre sí ilustran el hecho de que existen muchas familias de proteínas involucradas en la señalización adecuada y la formación del cáliz. ^{[ 14 ]}

Dendrita

Soma

Axón

Núcleo

Nodo de Ranvier

Terminal del axón

célula de Schwann

vaina de mielina

Estructura de una neurona típica

Además, las proteínas Eph son fundamentales para el desarrollo posterior del sistema de circuitos auditivos tras la formación inicial del cáliz embrionario. Una característica que distingue a las proteínas Eph y sus receptores de otros sistemas de señalización es su capacidad para transmitir información bidireccionalmente. La señalización directa e inversa en las células VCN y MNTB es esencial para el número y la formación adecuados de las proyecciones VCN y MNTB ipsilaterales en el cáliz. Las proteínas Eph también aseguran que, si bien los axones pasan a través del MNTB ipsilateral, la ramificación y la terminación final de estas proyecciones solo ocurren en el MNTB contralateral, posiblemente porque las proteínas se dirigen únicamente a regiones específicas de los axones. ^{[ 14 ]}

En general, se producen dos cambios ultraestructurales en el cáliz de Held. El primero es que, durante la segunda semana de desarrollo, aumenta la mielinización de los axones del VCN en el MNTB. Este notable crecimiento de la mielina corresponde al desarrollo cronológico del circuito de señalización y a la adaptación del cáliz. El segundo cambio ultraestructural afecta a las neuronas principales de los MNTB, cuyos cuerpos celulares y núcleos aumentan de superficie debido a su agrandamiento. Esto es consecuencia directa de la fragmentación de densidades postsinápticas individuales más grandes en densidades múltiples más pequeñas. ^{[ 14 ]}

Los canales de potasio son vitales para la conducción del potencial de acción presináptico . El cáliz contiene varios tipos de canales de potasio, cada uno con diferente ubicación y sensibilidad. Tanto los canales de K ^{+ de bajo umbral como} los canales de K ⁺ rectificadores retardados de alto umbral están presentes en las neuronas presinápticas. ^{[ 15 ]} Hay cuatro canales de K ^{+ de bajo umbral presentes: K} _v 1.1, K _v 1.2, K _v 1.3 y K _v 7.5. K _v 1.1 y K _v 1.2 se encuentran en la zona de transición entre el axón y el terminal, mientras que K _v 1.3 y K _v 7.5 se encuentran en el cáliz. ^{[ 15 ]} Existe un canal de potasio activado por calcio expresado en el cáliz, sin embargo, este tipo de canal no contribuye a la liberación de neurotransmisores. ^{[ 12 ]}

En el lapso de una semana, los ratones sujetos (P7 a P14) mostraron que la densidad de los canales de bajo umbral K _v 1 y K _v 3 aumenta, lo que a su vez afecta la cinética de los canales. ^{[ 15 ]}

Los cambios en los canales de sodio durante la maduración permiten un aumento en la velocidad del potencial de acción presináptico. En este caso, los potenciales de acción se vuelven más rápidos debido a la capacidad de los canales de sodio para recuperarse más rápidamente tras la conducción . La evidencia muestra que la expresión en la subunidad alfa de Na _V 1.6 , un tipo específico de canal de sodio, es responsable del aumento de la velocidad de transmisión. Se sabe que Na _V 1.2 , otro canal de sodio expresado en los axones y nodos, presenta una cinética más lenta. ^{[ 14 ]}

Para compensar la mielinización (aumento de la capacitancia ), el área que conduce al cáliz en el último nodo (el área entre la vaina de mielina) antes del terminal del axón contiene una alta densidad de canales de Na ⁺ para permitir una gran afluencia (flujo hacia adentro) de sodio que activa la apertura de los canales de calcio dependientes de voltaje en el terminal presináptico, causando una afluencia de calcio.

En los cálices inmaduros de Held, los iones de calcio (Ca²⁺ ⁾ entran en las neuronas MNTB a través de canales de ^Ca²⁺ de tipo N , P/Q y R , mientras que en los cálices maduros, la entrada de Ca²⁺ ^se produce principalmente a través de canales de tipo P/Q. ^{[ 14 ] Los receptores de Ca²⁺} de tipo N y R son menos propensos a desencadenar la liberación de vesículas, ya que estos tipos de receptores están más alejados de los sitios de liberación. Por lo tanto, los iones de calcio que entran en los canales de tipo N y R aumentan la concentración de iones de calcio en áreas de menor importancia para la función del cáliz.

El bloqueo de los canales de Ca ²⁺ puede ocurrir a través del uso de receptores acoplados a proteínas G , activados por los siguientes neurotransmisores: ^{[ 12 ]}

• Noradrenalina (norepinefrina)
• serotonina
• ácido γ-aminobutírico (GABA)
• Glutamato (ácido glutámico)
• Adenosina

Se producen cambios en los canales iónicos para favorecer una transmisión más rápida: ^{[ 12 ]}

• Los canales de Na ⁺ y K ⁺ cambian para permitir que los potenciales de acción pre y postsinápticos sean más rápidos.
• Los canales K _v 3 también se activan mucho más rápidamente.
• El tamaño de las corrientes presinápticas de Ca ^{2+ aumenta.}
• La mecánica de activación de los receptores de glutamato se vuelve más rápida.

Aparte del receptor de glutamato, solo se han encontrado otros pocos canales iónicos regulados por ligando en los cálices inmaduros de Held: el receptor ionotrópico GABA _A y el receptor de glicina . Estos receptores permiten el paso de cloruro (Cl ⁻ ) a través de la membrana y, debido a la alta concentración de cloruro en la terminal, son despolarizantes. ^{[ 12 ]}

Entre la segunda y la tercera semana posnatal, alrededor del momento del inicio de la audición, el cáliz de Held desarrolla su aspecto característico, altamente fenestrado (con muchas aberturas). ^{[ 14 ]} La fenestración da como resultado que la membrana se reduzca a numerosos compartimentos pequeños, lo que aumenta la relación superficie-volumen del cáliz de Held. A medida que la membrana se estrecha cada vez más formando estas estructuras bulbosas, las vesículas sinápticas se agrupan aún más en estos espacios, lo que resulta en un mayor número de vesículas acopladas. ^{[ 12 ]}

Para compensar los espacios disponibles en el cáliz, se utilizan células gliales con receptores y transportadores de glutamato para llenar los espacios abiertos, asegurando así una captación eficiente de glutamato en la sinapsis.

La entrada de calcio al cáliz inmaduro de Held está mediada por canales de calcio de tipo N , P / Q y R ; sin embargo, al madurar, solo los canales de calcio de tipo P/Q se vuelven dominantes. ^{[ 14 ]} Al recibir calcio, el cáliz inmaduro de Held es altamente reactivo debido a su pequeña capacidad de amortiguación de calcio, lo que provoca la liberación de glutamato incluso a bajos niveles de entrada de calcio. Dentro del terminal, como en otras sinapsis, dos iones de calcio se unen a la sinaptotagmina para desencadenar la liberación de vesículas; en los cálices de Held, el glutamato se libera en las vesículas. Además de la liberación de vesículas, los iones de calcio indican al terminal del cáliz que vuelva al estado inactivo. Al recibir calcio, una proteína de unión al elemento de respuesta al AMPc (CREB) se fosforila , alterando las concentraciones de potasio dentro de la célula para que el terminal vuelva a un estado inactivo. ^{[ 14 ]} La eliminación del calcio se realiza mediante varios métodos, entre ellos: ser eliminado del terminal, ser captado por las mitocondrias o unirse a proteínas fijadoras de calcio como la parvalbúmina y la calretinina . ^{[ 12 ]}

La señalización retrógrada es necesaria en el cáliz de Held para regular los niveles de calcio dentro del terminal presináptico. La activación de los receptores metabotrópicos de glutamato (mGluR) activa un segundo mensajero de proteína G que interactúa con los canales de calcio de tipo P/Q para disminuir la conductancia. Además, aumenta el tamaño del conjunto de vesículas y disminuye la probabilidad de liberación. Otros métodos de inhibición presináptica incluyen la noradrenalina, la serotonina y la adenosina; estos métodos solo se observan en cálices de Held inmaduros. ^{[ 14 ]}

Los receptores de glutamato están presentes en la terminal postsináptica; los dos tipos incluyen los receptores ionotrópicos AMPA y NMDA . Como neurotransmisor excitador, el glutamato casi siempre desencadena un potencial de acción en la postsinapsis, efecto que se ve favorecido por la baja concentración de sodio intracelular en las neuronas principales. ^{[ 12 ]} En el cáliz maduro, los receptores AMPA se concentran en la neurona principal para localizar la transmisión y aumentar la probabilidad de generar un potencial de acción. Cabe destacar que la contribución de los receptores de glutamato de tipo NMDA disminuye tras el inicio de la audición. ^{[ 12 ]}

El mecanismo detrás de la endocitosis de vesículas sinápticas cambia a medida que el cáliz madura. La calmodulina y la calcineurina en su forma activa son necesarias para la endocitosis de vesículas en un cáliz inmaduro; sin embargo, en el cáliz maduro, ni la calmodulina ni la calcineurina son necesarias. Más bien, el proceso está mediado por la energía creada por la hidrólisis de GTP. ^{[ 14 ]} Para cargar el glutamato en vesículas en el terminal se utilizan dos proteínas: el transportador vesicular de glutamato 1 (VGLUT1) y VGLUT2.

Los canales de potasio de alto umbral en la membrana postsináptica permiten una rápida repolarización de la neurona diana. Los canales de potasio de bajo umbral de la neurona postsináptica reducen la excitabilidad de la neurona para restringir su activación únicamente a la(s) entrada(s) sináptica(s) más grande(s). ^{[ 12 ]}