Neurotransmisión

La neurotransmisión (del latín: transmissio "paso, cruce" de Transmittere "enviar, dejar pasar") es el proceso por el cual las moléculas de señalización llamadas neurotransmisores son liberadas por el terminal axónico de una neurona (la neurona presináptica) y se unen y reaccionan con los receptores en las dendritas de otra neurona (la neurona postsináptica) a corta distancia. Los cambios en la concentración de iones, como Ca²⁺ ^, Na⁺ ^, K⁺ ^, subyacen tanto a la actividad química como eléctrica en el proceso. ^{[ 1 ] [ 2 ]} El aumento en los niveles de calcio es esencial y puede ser promovido por protones. ^{[ 3 ]} Un proceso similar ocurre en la neurotransmisión retrógrada , donde las dendritas de la neurona postsináptica liberan neurotransmisores retrógrados (p. ej., endocannabinoides ; sintetizados en respuesta a un aumento en los niveles de calcio intracelular ) que transmiten señales a través de receptores ubicados en el terminal axónico de la neurona presináptica, principalmente en las sinapsis GABAérgicas y glutamatérgicas . ^{[ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]}

La neurotransmisión está regulada por varios factores diferentes: la disponibilidad y la tasa de síntesis del neurotransmisor, la liberación de dicho neurotransmisor, la actividad basal de la célula postsináptica, el número de receptores postsinápticos disponibles para la unión del neurotransmisor y la posterior eliminación o desactivación del neurotransmisor por enzimas o recaptación presináptica. ^{[ 8 ] [ 9 ]}

En respuesta a un potencial de acción umbral o un potencial eléctrico graduado , se libera un neurotransmisor en la terminal presináptica . El neurotransmisor liberado puede luego atravesar la hendidura sináptica para unirse a los receptores en la membrana de la neurona postsináptica. La unión de los neurotransmisores puede influir en la neurona postsináptica de forma inhibitoria o excitatoria . Esta unión puede desencadenar cambios a corto plazo, como cambios en el potencial de membrana denominados potenciales postsinápticos , o cambios a largo plazo mediante la activación de cascadas de señalización .

Las neuronas forman complejas redes neuronales biológicas a través de las cuales viajan los impulsos nerviosos (potenciales de acción). Las neuronas no se tocan entre sí (excepto en el caso de una sinapsis eléctrica mediante una unión comunicante ); en cambio, interactúan en puntos de contacto cercanos llamados sinapsis. Una neurona transporta su información mediante un potencial de acción. Cuando el impulso nervioso llega a la sinapsis, puede provocar la liberación de neurotransmisores, que influyen en otra neurona (postsináptica). La neurona postsináptica puede recibir señales de muchas neuronas adicionales, tanto excitatorias como inhibitorias. Las influencias excitatorias e inhibitorias se suman, y si el efecto neto es inhibitorio, la neurona tendrá menos probabilidades de activarse (es decir, generar un potencial de acción), y si el efecto neto es excitatorio, la neurona tendrá más probabilidades de activarse. La probabilidad de que una neurona se active depende de cuán lejos esté su potencial de membrana del potencial umbral , el voltaje en el cual se desencadena un potencial de acción debido a que se activan suficientes canales de sodio dependientes de voltaje como para que la corriente neta de sodio entrante supere todas las corrientes salientes. ^{[ 10 ]} Las entradas excitatorias acercan una neurona al umbral, mientras que las entradas inhibitorias la alejan del umbral. Un potencial de acción es un evento de "todo o nada"; las neuronas cuyas membranas no han alcanzado el umbral no se activarán, mientras que aquellas que sí lo han hecho deben activarse. Una vez que se inicia el potencial de acción (tradicionalmente en el cono axónico ), se propagará a lo largo del axón, lo que lleva a la liberación de neurotransmisores en el botón sináptico para transmitir información a otra neurona adyacente.

1. Síntesis del neurotransmisor. Esto puede ocurrir en el cuerpo celular , en el axón o en la terminal axónica . Por ejemplo, la acetilcolina.
2. Almacenamiento del neurotransmisor en vesículas en la terminal del axón.
3. Antes de la transmisión sináptica, existe una alta concentración de iones de Ca fuera de las terminales del axón.
4. El impulso nervioso (despolarización) llega al terminal del axón.
5. La despolarización de la membrana presináptica provoca la apertura de los canales de Ca2++ dependientes de voltaje en las terminales del axón.
6. El calcio se difunde hacia el terminal del axón, provocando que las vesículas adyacentes a los terminales del axón se fusionen con la membrana plasmática.
7. La fusión da como resultado la liberación del neurotransmisor en la hendidura sináptica.
8. Tras su liberación, el neurotransmisor se difunde a través de la hendidura sináptica y se une a los canales iónicos regulados por neurotransmisores en la membrana de la dendrita postsináptica (nervio contiguo).
9. La unión del neurotransmisor estimula la apertura de los canales iónicos de sodio adyacentes en la membrana postsináptica y activa un receptor en dicha membrana.
10. El sodio se difunde a través de los canales iónicos dependientes de voltaje hacia la dendrita postsináptica, lo que desencadena la despolarización de la neurona posterior.
11. Desactivación del neurotransmisor. El neurotransmisor se destruye enzimáticamente o se recaptura en la terminal de donde provino, donde puede reutilizarse, o bien se degrada y se elimina. ^{[ 11 ]}

Los neurotransmisores se empaquetan espontáneamente en vesículas y se liberan en paquetes cuánticos individuales independientemente de los potenciales de acción presinápticos. Esta liberación lenta es detectable y produce efectos microinhibitorios o microexcitatorios en la neurona postsináptica. Un potencial de acción amplifica brevemente este proceso. Las vesículas que contienen neurotransmisores se agrupan alrededor de los sitios activos y, después de su liberación, pueden reciclarse mediante uno de los tres mecanismos propuestos. El primer mecanismo propuesto implica la apertura parcial y posterior cierre de la vesícula. Los otros dos implican la fusión completa de la vesícula con la membrana, seguida del reciclaje, o el reciclaje hacia el endosoma. La fusión vesicular está impulsada principalmente por la concentración de calcio en microdominios ubicados cerca de los canales de calcio, lo que permite solo microsegundos de liberación de neurotransmisores, mientras que el retorno a la concentración normal de calcio toma un par de cientos de microsegundos. Se cree que la exocitosis de vesículas está impulsada por un complejo proteico llamado SNARE , que es el objetivo de las toxinas botulínicas . Una vez liberado, un neurotransmisor entra en la sinapsis y se encuentra con los receptores. Los receptores de neurotransmisores pueden ser ionotrópicos o acoplados a proteínas G. Los receptores ionotrópicos permiten el paso de iones cuando son activados por un ligando. El modelo principal implica un receptor compuesto por múltiples subunidades que permiten la coordinación de la preferencia iónica. Los receptores acoplados a proteínas G, también llamados receptores metabotrópicos, al unirse a un ligando, experimentan cambios conformacionales que dan lugar a una respuesta intracelular. La terminación de la actividad del neurotransmisor generalmente se realiza mediante un transportador; sin embargo, la desactivación enzimática también es plausible. ^{[ 12 ]}

Cada neurona se conecta con numerosas otras neuronas, recibiendo numerosos impulsos de ellas. La suma es la adición de estos impulsos en el cono axónico. Si la neurona solo recibe impulsos excitatorios, generará un potencial de acción. Si, por el contrario, la neurona recibe tantos impulsos inhibitorios como excitatorios, la inhibición anula la excitación y el impulso nervioso se detiene allí. ^{[ 13 ]} La generación del potencial de acción es proporcional a la probabilidad y al patrón de liberación de neurotransmisores, y a la sensibilización del receptor postsináptico. ^{[ 14 ] [ 15 ] [ 16 ]}

La sumación espacial significa que los efectos de los impulsos recibidos en diferentes puntos de la neurona se suman, de modo que la neurona puede activarse cuando dichos impulsos se reciben simultáneamente, incluso si cada impulso por sí solo no sería suficiente para provocar la activación.

La sumación temporal significa que los efectos de los impulsos recibidos en el mismo lugar pueden acumularse si se reciben en una sucesión temporal cercana. Por lo tanto, la neurona puede activarse al recibir múltiples impulsos, incluso si cada impulso por sí solo no sería suficiente para provocar la activación. ^{[ 17 ]}

La neurotransmisión implica tanto una convergencia como una divergencia de información. Primero, una neurona recibe la influencia de muchas otras, lo que resulta en una convergencia de la información. Cuando la neurona se activa, la señal se envía a muchas otras neuronas, lo que resulta en una divergencia de la información. Muchas otras neuronas reciben la influencia de esta neurona.

La cotransmisión es la liberación de varios tipos de neurotransmisores desde una única terminación nerviosa .

En la terminal nerviosa, los neurotransmisores se encuentran dentro de  vesículas recubiertas de membrana de 35 a 50 nm llamadas vesículas sinápticas . Para liberar los neurotransmisores, las vesículas sinápticas se acoplan y fusionan transitoriamente en la base de estructuras lipoproteicas  especializadas en forma de copa de 10 a 15 nm en la membrana presináptica llamadas porosomas . ^{[ 18 ]} Se ha resuelto el proteoma del porosoma neuronal , lo que ha permitido determinar la arquitectura molecular y la composición completa de la maquinaria. ^{[ 19 ]}

Estudios recientes en una gran variedad de sistemas han demostrado que la mayoría, si no todas, las neuronas liberan varios mensajeros químicos diferentes. ^{[ 20 ]} La cotransmisión permite efectos más complejos en los receptores postsinápticos y, por lo tanto, permite una comunicación más compleja entre las neuronas.

En la neurociencia moderna, las neuronas suelen clasificarse según su cotransmisor. Por ejemplo, las neuronas GABAérgicas del cuerpo estriado utilizan péptidos opioides o sustancia P como cotransmisor principal.

Algunas neuronas pueden liberar al menos dos neurotransmisores al mismo tiempo, siendo el otro un cotransmisor, para proporcionar la retroalimentación negativa estabilizadora necesaria para una codificación significativa, en ausencia de interneuronas inhibitorias . ^{[ 21 ]} Algunos ejemplos incluyen:

• Liberación conjunta de GABA y glicina .
• Liberación conjunta de dopamina y glutamato .
• Liberación conjunta de acetilcolina (ACh) y glutamato.
• Liberación conjunta de acetilcolina (ACh ) y péptido intestinal vasoactivo (VIP).
• Liberación conjunta de acetilcolina (ACh ) y péptido relacionado con el gen de la calcitonina (CGRP).
• Liberación conjunta de glutamato y dinorfina (en el hipocampo ).

Noradrenaline and ATP are sympathetic co-transmitters. It is found that the endocannabinoid anadamide and the cannabinoidWIN 55,212-2 can modify the overall response to sympathetic nerve stimulation, and indicate that prejunctional CB1 receptors mediate the sympatho-inhibitory action. Thus cannabinoids can inhibit both the noradrenergic and purinergic components of sympathetic neurotransmission.^[22]

One unusual pair of co-transmitters is GABA and glutamate which are released from the same axon terminals of neurons originating from the ventral tegmental area (VTA), internal globus pallidus, and supramammillary nucleus.^[23] The former two project to the habenula whereas the projections from the supramammillary nucleus are known to target the dentate gyrus of the hippocampus.^[23]

Neurotransmission is genetically associated with other characteristics or features. For example, enrichment analyses of different signaling pathways led to the discovery of a genetic association with intracranial volume.^[24]

• Autoreceptor
• Biological neuron model § Synaptic transmission (Koch & Segev)
• Electrophysiology
• G protein-coupled receptor
• Molecular neuropharmacology
• Neuromuscular transmission
• Neuropsychopharmacology

• Evolución histórica del concepto de neurotransmisión.