Estudio de la plasticidad sináptica estructural inducida por estímulos espaciados

• Autores: San Martin, Álvaro
• Año de publicación: 2017
• Idioma: español castellano
• Tipo de recurso: tesis doctoral
• Colaborador/a o director/a de tesis: Pagani, Mario Rafael
• Materia: PLASTICIDAD SINAPTICA ESTRUCTURAL; DROSOPHILA; PLACA NEUROMUSCULAR; EFECTO DE ESPACIAMIENTO; EFECTO DE REPETICION; COMPUTACION; INTEGRACION; PRECISION; STRUCTURAL SYNAPTIC PLASTICITY; DROSOPHILA; NEUROMUSCULAR JUNCTION; SPACING EFFECT; REPETITION EFFECT; COMPUTATION; INTEGRATION; PRECISION
• Institución: Universidad Nacional de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales

La memoria inducida mediante sesiones de entrenamiento espaciadas en el tiempo (entrenamiento espaciado) es mayor que la producida por sesiones de entrenamiento sin intervalos (entrenamiento masivo). Este fenómeno, conocido como el “efecto del espaciamiento”, es pobremente comprendido. El entrenamiento espaciado se caracteriza por inducir una memoria de largo término, la cual depende de cambios sinápticos estructurales. Sin embargo, poco se conoce sobre cómo se integra la información que proveen los periodos de actividad neuronal y los intervalos de reposo para generar dichos cambios estructurales. En este estudio, analizamos eventos de plasticidad sináptica estructural a nivel de una sola sinapsis luego de distintos patrones de estimulación en motoneuronas de Drosophila. Nuestras investigaciones muestran que las sinapsis integran los estímulos de forma diferencial dependiendo del grado de espaciamiento entre estímulos. Mientras que un solo pulso de estimulación de 16 min (masivo) indujo plasticidad sináptica estructural, separar dicha estimulación en tres estímulos espaciados no generó plasticidad. Dicho efecto inhibitorio dependió de la duración del intervalo y de la señalización de Ras/MAPK dependiente de actividad. En efecto, manipulaciones genéticas de Ras/MAPK cambiaron cómo las sinapsis decodifican los patrones de estimulación. Por otro lado, dicha inhibición fue superada por un efecto de repetición de cuatro o más estímulos. Esto se puso en evidencia al separar dicha estimulación de 16 min en cuatro pulsos o más. Además, mientras que una estimulación masiva produjo una respuesta ambigua (alta variación en el número de eventos de plasticidad), múltiples estímulos espaciados proporcionaron una respuesta precisa. Este efecto del espaciamiento en la plasticidad sináptica fue indetectable en animales que expresaban un alelo mutante ganancia de función de Ras asociado con discapacidad intelectual. En estos mutantes distintos patrones de estimulación se codificaron como una estimulación masiva. Nuestros resultados sugieren que el efecto de espaciamiento en memoria podría ser el resultado del efecto de espaciamiento en plasticidad sináptica, el cual no parece ser un fenómeno acotado a neuronas involucradas en aprendizaje y memoria. En conjunto, nuestras observaciones permitieron generar un modelo de modulación de la plasticidad sináptica estructural dependiente del espaciamiento.
Memory induced by training sessions spaced in time (spaced training) is higher than that produced by training sessions without resting intervals (massed training). This phenomenon known as “the spacing effect” is poorly understood. Spaced training is characterized by inducing long-term memory, which is supported by structural synaptic plasticity. However, how it is integrated the information provided by periods of neuronal activity and resting intervals to generate such structural plasticity remains elusive. Here, we analyzed events of structural synaptic plasticity at the single synapse level after distinct stimulation patterns in motoneurons of Drosophila. Our studies show that synapses integrate stimuli in a spaced-dependent manner. Whereas a single pulse of 16 min of stimulation (massed) induced structural synaptic plasticity, separating such stimulus in three spaced stimuli completely prevented it. This inhibitory effect depended on the length of the inter-stimulus intervals and an activity-dependent Ras/MAPK signaling. Indeed, genetic manipulations of Ras/MAPK changed how synapses decoded patterns of stimuli. On the other hand, such inhibition was overcome by a repetition effect of four or more stimuli, which was evident by separating the 16 min of stimulation in four pulses or more. Moreover, whereas massed stimulation produced an ambiguous response (highly variable number of events of plasticity), multiple spaced stimuli provided a precise response. A mutant Ras allele associated with intellectual disability abolish the spacing effect and led neurons to decode distinct stimulation patterns as massed stimulation. This evidence suggests that the spacing effect for memory may results from the effect of the spacing in synaptic plasticity, which appear to be a property not limited to neurons involved in learning and memory. Overall, our observations allowed us to generate a spacing-dependent structural synaptic plasticity model.
Fil: San Martin, Álvaro. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina.