Compartimentalización de señales de Ca2+ en células ciliadas cocleares durante el desarrollo

• Autores: Moglie, Marcelo Javier
• Año de publicación: 2018
• Idioma: español castellano
• Tipo de recurso: tesis doctoral
• Colaborador/a o director/a de tesis: Goutman, Juan D.
• Materia: DESARROLLO; TRANSMISIÓN SINÁPTICA; CALCIO; CÓCLEA; CÉLULA CILIADA; DEVELOPMENT; SYNAPTIC TRANSMISSION; CALCIUM; COCHLEA; HAIR CELLS
• Institución: Universidad Nacional de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales

Durante el desarrollo postnatal de mamíferos altriciales, las células ciliadas internas (CCIs) cocleares disparan potenciales de acción espontáneos independientes del sonido. Esto produce la entrada de Ca2+ a través de canales dependientes de voltaje y da lugar a la liberación del neurotransmisor glutamato hacia las dendritas aferentes del nervio auditivo. De esta manera, la actividad iniciada en la cóclea es transmitida a lo largo de toda la vía auditiva cumpliendo un rol fundamental para el normal desarrollo del sistema. Durante este periodo, las CCIs también reciben innervación eferente colinérgica proveniente del tallo cerebral. La liberación de ACh activa los receptores postsinápticos α9α10, altamente permeables al Ca2+, y acoplados a canales de potasio dependientes de Ca2+, de tipo SK2. En consecuencia, el influjo de Ca2+ a través de la vía eferente hiperpolariza la CCI y previene la activación de los canales de Ca2+ voltaje dependientes y la liberación del neurotransmisor glutamato. El objetivo de nuestro trabajo fue investigar los mecanismos celulares de compartimentalización de los efectos antagónicos del Ca2+ en las CCIs durante el desarrollo. Se realizaron experimentos de imágenes de Ca2+ funcionales, acopladas a registros electrofisiológicos sobre las CCIs para caracterizar la dinámica y distribución del Ca2+ durante la actividad sináptica eferente. A través de reconstrucciones funcionales y morfológicas de las CCIs, utilizando microscopía confocal de barrido, mostramos una estrecha localización de sinapsis eferentes y aferentes, sugiriendo que la entrada de Ca2+ eferente podría disparar la liberación de glutamato, activando la vía aferente. Sin embargo, registros electrofisiológicos en los terminales aferentes permitieron concluir que los mecanismos celulares de compartimentalización de Ca2+ de la CCI, en conjunto con una baja tasa de actividad eferente, asegurarían un fino control de la difusión del Ca2+ en la CCI manteniendo la segregación de la señales de Ca2+. Consecuentemente, el sistema eferente tendría un rol inhibitorio sobre la actividad de las CCIs y contribuiría a modular el patrón de disparo específico requerido para el correcto desarrollo del sistema auditivo.
During the postnatal development of altricial mammals, cochlear inner hair cells (IHCs) fire spontaneous action potentials. This evokes the entry of Ca2+ through voltage-dependent channels leading to the release of glutamate-filled vesicles onto afferent dendrites of the auditory nerve. In this way, cochlear driven activity is transmitted throughout the ascending auditory pathway which has been proved to be fundamental for the normal development of the auditory system. During this same developmental period, IHCs receive a cholinergic efferent innervation from the brainstem. The release of ACh activates the highly Ca2+ permeable postsynaptic receptors α9α10, which are in turn coupled to Ca2+ dependent potassium channels, SK2. Consequently, efferent Ca2+ influx hyperpolarizes the IHC and prevents the gating of voltage dependent Ca2+ channels and the subsequent glutamate release. Our aim was to investigate the cellular mechanisms that allow the compartmentalization of antagonistic Ca2+ signals in developing cochlear IHCs. Ca2+ imaging experiments and electrophysiological recordings in IHCs were performed simultaneously to characterize the dynamics and distribution of Ca2+ signals during efferent synaptic activity. Functional and morphological reconstructions of single IHCs were performed using swept-field confocal microscopy, showing a close proximity between efferent and afferent Ca2+ entry sites, and suggesting a possible efferent Ca2+ spillover that might lead to glutamate release. However, afferent bouton recordings were performed to conclude that IHC Ca2+ compartmentalization mechanisms, together with a low frequency efferent activity, allow a tight control of Ca2+ signal spread and prevent crosstalk. Thus, efferent cholinergic input preserves its inhibitory signature to ensure normal development of the auditory system.
Fil: Moglie, Marcelo Javier. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina.