Comunicación astrocito-interneurona y el procesamiento de la información en las redes neuronales

Resumen

Esta tesis doctoral ha estudiado el papel de los astrocitos en la regulación de la actividad inhibitoria en los circuitos corticales y su participación en los procesos cognitivos. El procesamiento de la información en el cerebro refleja la relación entre eventos sinápticos excitatorios e inhibitorios que dan lugar a respuestas fisiológicas relevantes. La inhibición GABAérgica cumple una función crucial en la modulación la actividad espontánea e inducida de los circuitos neuronales; por tanto, el estudio de la señalización GABAérgica permitirá un mejor entendimiento de los procesos cognitivos que subyacen el comportamiento animal. En el Sistema Nervioso destaca la presencia de las células de glía, con funciones diversas y, al mismo tiempo, esenciales para la fisiología del Sistema Nervioso. Los astrocitos, uno de los tipos de células gliales más numerosos, establecen una comunicación dinámica con los elementos neuronales, conocida como Sinapsis Tripartita, en la que se produce el intercambio de señales químicas y la modulación de la actividad neuronal. Sin embargo, el conocimiento de las propiedades que rigen esta señalización proviene fundamentalmente del estudio de sinapsis excitadoras y neuronas piramidales, quedando aún por dilucidar las características de la interacción entre interneuronas GABAérgicas y astrocitos, así como las implicaciones funcionales de esta interacción para los circuitos neuronales y el comportamiento del individuo. El estudio de la señalización astrocito-neurona requiere del uso de nuevos métodos y herramientas experimentales y de análisis que permitan la monitorización y manipulación de los astrocitos sin alterar de forma directa la respuesta neuronal, con el fin de determinar el papel que juegan estas células en los circuitos cerebrales. Por tanto, los objetivos de esta tesis doctoral han sido: 1 - Desarrollar y caracterizar nuevas herramientas ópticas que faciliten el estudio de la comunicación astrocito-neurona desde un punto de vista fisiológico, basándose en el uso de melanopsin, una proteína-G fotosensible. 2- Estudiar las propiedades que subyacen la señalización entre neuronas GABAérgicas y astrocitos, y su participación en los circuitos corticales regulados por estas células inhibitorias. Los resultados obtenidos muestran por primera vez el uso de melanopsin, un fotopigmento sensible a luz visible y acoplado a proteínas G, para la manipulación de las señales intracelulares de calcio en astrocitos. El análisis de las respuestas inducidas por luz muestra la capacidad de melanopsin para recapitular la señalización endógena en astrocitos, indicando que esta herramienta es óptima para inducir respuestas astrocitarias similares a las producidas por la actividad neuronal. Además, resultados obtenidos en esta tesis doctoral revelan las propiedades de la señalización entre neuronas GABAérgicas, en concreto de las interneuronas parvoalbúmina positivas (PV+), y astrocitos indicando la contribución decisiva de esta comunicación en las respuestas de las neuronas principales de la corteza cerebral durante los procesos de memoria y toma de decisiones. Así, se ha encontrado que los astrocitos responden a la actividad de las interneuronas PV+ aumentando el tono inhibitorio en las capas 2/3 de la corteza prefrontal medial (CPFm), que resulta en una alteración del balance excitación/inhibición en los circuitos corticales. En conclusión, los resultados derivados de esta tesis doctoral indican que los astrocitos participan en la regulación del tono inhibitorio de los circuitos de la corteza prefrontal de ratón, crucial para la correcta ejecución de tareas relacionadas con la toma de decisiones. Estos resultados evidencian el impacto de la unidad de señalización astrocito-PV+ en las funciones cerebrales, contribuyendo así al conocimiento del papel que tienen los astrocitos en el balance excitación/inhibición (E/I) cortical y su relación con los procesos cognitivos