Dra. Medina - Cinvestav

IMPORTANCIA DE LAS SINAPSIS ELÉCTRICASEN LA FISIOPATOLOGÍA DE LA EPILEPSIADra. Laura Guadalupe Medina Ceja

IMPORTANCIA DE LAS SINAPSIS ELÉCTRICASEN LA FISIOPATOLOGÍA DE LA EPILEPSIA‣El correlato estructural más común de las sinapsis eléctricases la unión comunicante (UC).‣Las UCs se presentan entre las neuronas y células de la glía del SNC

‣Especializacionesde membrana;estructurasdinámicas.‣Formadas por launión de doshemicanales,conocidos comoconexones.

ESTRUCTURA Y COMPOSICIÓN MOLECULARDE LAS SINAPSIS ELÉCTRICAS: UC‣Cada conexón consiste de 6 subunidades proteícas llamadasconexinas (Cx seguido de un número que designa el pesomolecular de cada una).En la actualidad se hanencontrado 16 conexinasdiferentes en los mamíferos(Skerrett et al., 2002; Harris, 2001; Rubin et al., 1992;Morley et al., 1996 ; Zhou et al., 1999 )

ESTRUCTURA Y COMPOSICIÓN MOLECULARDE LAS SINAPSIS ELÉCTRICAS: UCCanales intercelulares: transferencia deIones y Metabolitos de menos de 1000 DaEntre las células en contacto.)Varios estudios revelan diferencias en laspropiedades de permeabilidad de loscanales compuestos de diversas Cxs.(Goldberg et al., 1999; Niessen et al., 2000; Bevans et al., 1998)

MODULACIÓN Y REGULACIÓNDE LAS SINAPSIS ELÉCTRICAS: UCConductancia de las UCs se ve reguladapor:pH (intracelular) acido cierra canalesalcalino abre canales[Ca++] idisminuye laconductancia de los canalesV mAlgunos canales presentansensibilidadSubstancias endógenas como neurotransmisores(monoaminas/aminoácidos excitadores e inhibidores )modulan las UCs entre las neuronas y los astrocitos a través de sistemasde señalización mediados por segundos mensajeros o proteínas cinasas:cinasas que fosforilan dominios citoplasmáticos de las Cxs.(Rose y Rick, 1978; Rozental et al., 2001; Rouach et al. 2002)

MODULACIÓN Y REGULACIÓNDE LAS SINAPSIS ELÉCTRICAS: UCAgentes como:•Heptanol•Octanol•Halotano•Oleamida•Anandamida•Ácido araquidónico•Carbenoxolona•QuininaProvocan el cierre de las uniones comunicantes e inclusoalgunos de ellos lo hacen de manera exclusiva a un tipode conexina (Connors et al. 2004).

DISTRIBUCIÓN DE LAS SINAPSIS ELÉCTRICASEN EL CEREBRONeuronas de núcleos de la Oliva Inferior(Rash et al., 2000; Blenkinsop y Lang, 2006).Neuronas de los núcleos del Retículo Talámico(Condorelli et al., 2000; Landisman et al., 2002).Interneuronas y células principales de la Neocorteza(Galarreta y Hestrin, 2001; Sloper y Powell, 1978).Células amácrinas, bipolares, conos y bastones de la retina(Veruki y Hartveit, 2002; Deans et al., 2002).Neuronas del Bulbo olfatorio(Zhang y Restrepo, 2003; Friedman y Strowbridge, 2003).Otras regiones: Locus Coeruleus, neuronas del Tallo Cerebral, interneuronas delNeoestriado, interneuronas de la Corteza Cerebelar y Médula Espinal(Usher et al., 1999; Christie et al., 1989; Álvarez et al., 2002; Rekling et al., 2000;Koos y Tepper, 1999; Sotelo y Llinás, 1972; Mann-Metzer y Yarom, 19999;Rash et al., 2001).

DISTRIBUCIÓN DE LAS SINAPSIS ELÉCTRICASEN EL HIPOCAMPOAcoplamiento electro tónico a través de las Ucs en:‣Células piramidales (CA1, CA3)‣Células granulares‣Interneuronas con diferentes propiedades de excitabilidad intrínseca.Tomado de:Traub et al., 2002(Dudek et al. 1983, 1986, 1998; Schmitz et al. 2001; Zsiros y Maccaferri, 2005 )

DISTRIBUCIÓN DE LAS SINAPSIS ELÉCTRICASEN EL HIPOCAMPOSinapsis eléctricas dendrodendríticas, dendrosomáticas, axoaxonalesCx26, Cx32, Cx36, Cx43 y Cx47 se expresan en el hipocampo de roedores(Rash et al., 2001; Venance et al. 2000; Teubner et al. 2001)

PROPIEDADES DE LAS SINAPSIS ELÉCTRICASI. DireccionalidadII. Velocidad rápida (conductas estereotipadas de escape en invertebrados yvertebrados inferiores).III. PlasticidadTomado de Spray et al., 1999

FUNCIONES DE LAS SINAPSIS ELÉCTRICAS: UCsEntre los astrocitos:1. Disipación de iones depotasio.2. Regulación del volumencelular.3. Control de la proliferacióncelular.4. La propagación de ondas decalcio a través de astrocitosen respuesta a la aplicaciónde glutamato o estimulaciónmecánica se ha observado encultivos y en rebanadas dehipotálamo.En las Neuronas:1. La sincronización de laactividad eléctrica entre lasmismas y la propagación de ladespolarización (excitación) o lahiperpolarización (inhibición) através de una red neuronaldeterminada .

EPILEPSIALa epilepsia es un síndrome de disfunción cerebral, de carácter recurrente,que se caracteriza por la descarga sostenida y anormalmente sincrónica deun grupo de neuronas cerebrales. Típicamente la epilepsia se origina enredes neuronales que bajo condiciones normales generan oscilacionessincrónicas locales o de larga distancia.1. Se presenta en el 1 al 2% de la poblaciónmundial.2. En algunos países se ha encontrado unaincidencia anual de crisis recurrentes del 28.9 a53.1 por cada 100,000 personas.3. Alrededor de 40 millones de personas en elmundo la padecen.4. En nuestro país, cerca de un millón depersonas sufren de esta patología (García-Pedroza, 1997).

Recientemente un gran número detrabajos han destacado la participaciónde las sinapsis eléctricas (UCs) en laactividad epileptiforme inducida endiferentes modelos in vitro.La pérdida de este acoplamientoeléctrico, por la presencia de bloqueadoresa las UCs o por deficiencia de alguna delas Cxs (ratones deficientes en alguna Cx),presenta efectos antiepilépticos endiferentes modelos in vitro.(Pérez Velásquez y Carlen, 2000; Ross et al. 2000; Traub et al. 2001; Kohling et al. 2001; Margineanu y Klitgaard, 2001; Jahromi etal. 2002; Maier et al. 2002; Pais et al. 2003; Samoilova et al. 2003).

MODELO DE 4-AMINOPIRIDINA (4-AP)En rebanas de Hipocampo y Neocorteza la 4-AP genera:‣ “spikelets” en Interneuronas, así como en Células Principales, lo que indica lapresencia de Ucs.En ratas la 4-AP genera:‣Actividad eléctrica de alta frecuencia en Hipocampo y Corteza EntorrinalEn ratas anestesiadas con 4-AP en Neocorteza:‣Juega un papel primordial en la expresión, duración y propagaciónde la actividad epileptiforme. El efecto antiepiléptico y pro-epilépticodel bloqueador a las uniones comunicantes Carbenoxolona (CBX) y elabridor de las mismas Trimetilamina (TMA), respectivamente(Michelson y Wong, 1994; Avoli et al., 1998; Szente et al., 2002; Gajda et al., 2003; Medina-Ceja et al., 2000, 2008)

AIMPORTANCIA DE LAS SINAPSIS ELÉCTRICASEN LA FISIOPATOLOGÍA DE LA EPILEPSIABC4-APCBX(10 nmols/μl/5min) (50 nmols/μl/5min)30 min 30 min 120 minBasalPost4-APPost CBX

REGISTRO EEG DE UNA RATA REPRESENTATIVACON INYECCIÓN DE CBX (50 nmoles) EN CECA1ECBasal During CBX 15 min30 min 60 min 120 min1 mV10 s

REGISTRO EEG DE UNA RATA REPRESENTATIVA CON INYECCIÓN DE 4-AP(10 nmoles) EN CECA1ECBasal During 4-AP 15 min30 min 60 min 120 min1mV10 s

PARAMETROS EEG OBSERVADOS EN ANIMALESTRATADOS CON 4-AP O CBXABEEG Parameter CE Region CA1 RegionAmplitude (basal) 180.6 ± 81 µV 134.5 ± 3.08 µVFrequency (basal) 3.1 ± 1.4 Hz 3.08 ± 1.4 HzAmplitude (post CBX) 193 ± 86.6 µV 155.7 ± 69.8 µVFrequency (post CBX) 3.0 ± 1.3 Hz 3.06 ± 1.4 HzEEG ParameterCE RegionCA1 RegionAmplitude (basal) 179 ± 73.3 µV 131.1 ± 53.7 µVFrequency (basal) 3.4 ± 1.4 Hz 2.77 ± 1.1 HzAmplitude (post 4-AP) 949.8 ± 389.3 µV 741.5 ± 303.9 µVFrequency (post 4-AP) 14.7 ± 6 Hz 16.5 ± 6.8 HzNumber of dischargetrains25.3 ± 10.4 22.8 ± 9.4Duration 41 ± 16.8 s 42.3 ± 17.4 sDuration between trains 197.2 ± 80.8 s 220.7 ± 90.4 s

uVHzCA1ECREGISTRO EEG DE UNA RATA REPRESENTATIVA CON INYECCIÓN DE 4-AP (10 nmoles) YCBX (50 nmoles) EN CEBasal Post 4-AP 15 min Post 4-AP 30 min1mVPost CBX 15 min25 min30 min10 s60 min 90 min 120 min12001000800●AMPLITUDEBasalPost 4-APPost CBXBlockade of Discharges252015FREQUENCY60040010200500CA1 EC CA1 ECp

CONDUCTA DE LOS ANIMALES TRATADOS CON 4-AP O CBXRatBehaviorPost 4-APinjection(10 nmols)0-10 min10-20min20-30min30-40min40-50min50-60min120min1 0/1/3 3 3 3 1/3 1/3 1/32 0/1/3 0/1/3 3 3 3 2/3 1/33 0/3 0/3 0/3 1/3 0/1/3 0/1/2/3 0/1/34 0/1/3 0/1/3 1/3 0/1/3 0/1/3 0/1/3 0/1/35 0/3 0/1/3 3 0/3 0/3 0/1/3 06 0/1 0/1 0/1/3 3 1/3 0 1RatBehaviorPost CBXInjection(50 nmols)0-10 min10-20min20-30min30-40min40-50min50-60min1 - - - - - - -2 - - - 1 - - -3 - - - - - - -4 - - - - - - -5 - - - - - - -120min

CONDUCTA DE LOS ANIMALES TRATADOS CON 4-AP/CBXRatBehaviorPost 4-APinjection(10 nmols)0-30 minBehaviorPost CBXinjection(50 nmols)0-10 min10-20min20-30min30-40min40-50min50-60minLatency ofbehaviorchange(min)1 0/1/2/3 3 3/0 0 0 0 0 152 0/3 3 3 3/0 1 0 0 223 0/1/3 3 3/1 1 0 0 0 204 0/1/3 3/0 0 0 0 0 0 55 0/1/3 3 3 3 3 3 3/1 556 0/1/3 3 3 3/0 0 0 0 28

CONCLUSIONESUn patrón de descargas epileptiformes se presenta después de lainyección de 4-AP en CA1 como CE. Esta actividad se presentodurante todo el experimento (120 min) y se relaciono con unaconducta convulsiva.Reduce la amplitud, frecuencia, el número de trenes dedescarga hasta bloquearlos por completo.La propagación de la actividad epileptiforme a la región de CA1ipsilateral a la zona de inyección de la 4-AP también se ve bloqueada(22 ± 4.4 min).Reducción de la conducta convulsiva hasta bloquearla.Estos datos nos permiten sugerir la posible participación delacoplamiento de las UCs (sinapsis eléctricas) en el establecimientode la actividad epileptiforme en el circuito CE-hipocampo, así comoen la conducta convulsiva de las ratas tratadas.

ESTUDIOS FUTUROSEpilepsia‣Determinar el curso temporal de la expresión de lasprincipales Cxs: Cx36 (neuronas), Cx30 y Cx43(astrocitos), Cx32, Cx47 (oligodendrocitos).‣Evaluar la participación de UCs en la actividad deFRs (250.600Hz) en el Modelo de 4-AP y de ÁcidoKaínico in vivo.

COLABORADORES:M. en C. Antonio Cordero RomeroSecretaria de SaludConsuelo Ventura MejíaEstudiante de Posgrado en Ciencias Biomédicas

Gracias por su atención