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Aprendizaje y Memoria en Aplysia: Mecanismos Celulares y Moleculares - Prof. Salas, Apuntes de Fisiología

Los mecanismos celulares y moleculares del reflejo de retraccion branquial en aplysia y el procedimiento conductual utilizado por kandel y colaboradores para inducir condicionamiento clasico en esta especie. Se abordan temas como la habituacion, sensibilizacion, modificacion presinaptica, serotonina, adenilciclasa, ampc, proteina kinasa a, creb, potenciacion a largo plazo, principio de hebb y anatomia del hipocampo.

Tipo: Apuntes

2013/2014

Subido el 20/01/2014

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CUESTIONES TEMA 3 – APRENDIZAJE Y MEMORIA: MECANISMOS
CELULARES Y MOLECULARES
Ana León Collantes, Grupo F1
1. Describa los mecanismos celulares y moleculares del reejo
de retracción branquial en la Aplysia. Utilice esquemas y
representaciones grácas cuando sea necesario.
Habituación: en el inicio, un ligero toque con un chorro de agua en el
sifón provoca un reejo de retirada de la branquia, que se atenúa
gradualmente (habituación) con la estimulación repetida. La habituación
implica una disminución del neurotransmisor en la hendidura sináptica.
La estimulación eléctrica de la neurona sensorial de la piel del sifón
provoca la disminución del potencial postsináptico excitatorio en la
neurona motora (L7), porque disminuye el neurotransmisor (glutamato)
liberado en la hendidura sináptica, causado por una reducción en la
entrada de Ca++ en el terminal postsináptico (modicación presináptica).
Sensibilización: la administración de un chorro de agua en el sifón de la
Aplysia habituada, provoca un fuerte y persistente reejo de la retirada de
la branquia ante el estímulo que previamente ha sido habituado.
Activa una interneurona facilitadora de serotonina (L29), que establece
sinápsis con la neurona sensorial.
La serotonina (5HT) se une al receptor matabotrópico acoplado a la
proteína G (en el terminal axónico de la n. sensorial). La activación de la
proteína G produce la activación de la enzima adenilciclasa que promueve
la síntesis del AMPc a partir del ATP.
El AMPc activa la proteína kinasa A, que fosforila los canales de K+,
produciendo su cierre, lo que mantiene más tiempo el terminal
despolarizado. Los canalesde Ca++ regulados por voltaje permanecen
abiertos más tiempo, lo que permite que se libere más glutamato por cada
potencial de acción.
2. Describa el procedimiento conductual empleado por Kandel y
cols. Para inducir condicionamiento clásico en la Aplysia.
Para inducir condicionamiento clásico en la Aplysia, Kandel estimuló la cola
con una descarga (Estímulo Incondicionado), lo que producía que la
neurona L29 liberara serotonina y a nivel molecular, que la adenilciclasa se
activara por la proteína G en la terminación presinática. Por otro lado, con
un leve toque del sifón (estímulo condicionado) en la neurona sensorial del
sifón se produce un potencial presináptico y la entrada de calcio. Se
observa que a mayor cantidad de Ca2+, más AMPc produce la
adenilciclasa, lo que llevó a suponer que la adenilciclasa actúa como
detector de coincidencias EC-EI.
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CUESTIONES TEMA 3 – APRENDIZAJE Y MEMORIA: MECANISMOS

CELULARES Y MOLECULARES

Ana León Collantes, Grupo F

  1. Describa los mecanismos celulares y moleculares del reflejo de retracción branquial en la Aplysia****. Utilice esquemas y representaciones gráficas cuando sea necesario.

Habituación: en el inicio, un ligero toque con un chorro de agua en el sifón provoca un reflejo de retirada de la branquia, que se atenúa gradualmente (habituación) con la estimulación repetida. La habituación implica una disminución del neurotransmisor en la hendidura sináptica.

La estimulación eléctrica de la neurona sensorial de la piel del sifón provoca la disminución del potencial postsináptico excitatorio en la neurona motora (L7), porque disminuye el neurotransmisor (glutamato) liberado en la hendidura sináptica, causado por una reducción en la entrada de Ca++ en el terminal postsináptico (modificación presináptica).

Sensibilización: la administración de un chorro de agua en el sifón de la Aplysia habituada, provoca un fuerte y persistente reflejo de la retirada de la branquia ante el estímulo que previamente ha sido habituado. Activa una interneurona facilitadora de serotonina (L29), que establece sinápsis con la neurona sensorial.

La serotonina (5HT) se une al receptor matabotrópico acoplado a la proteína G (en el terminal axónico de la n. sensorial). La activación de la proteína G produce la activación de la enzima adenilciclasa que promueve la síntesis del AMPc a partir del ATP. El AMPc activa la proteína kinasa A, que fosforila los canales de K+, produciendo su cierre, lo que mantiene más tiempo el terminal despolarizado. Los canalesde Ca++ regulados por voltaje permanecen abiertos más tiempo, lo que permite que se libere más glutamato por cada potencial de acción.

  1. Describa el procedimiento conductual empleado por Kandel y cols. Para inducir condicionamiento clásico en la Aplysia****. Para inducir condicionamiento clásico en la Aplysia, Kandel estimuló la cola con una descarga (Estímulo Incondicionado), lo que producía que la neurona L29 liberara serotonina y a nivel molecular, que la adenilciclasa se activara por la proteína G en la terminación presinática. Por otro lado, con un leve toque del sifón (estímulo condicionado) en la neurona sensorial del sifón se produce un potencial presináptico y la entrada de calcio. Se observa que a mayor cantidad de Ca2+, más AMPc produce la adenilciclasa, lo que llevó a suponer que la adenilciclasa actúa como detector de coincidencias EC-EI.
  1. Describa los mecanismos celulares y moleculares del condicionamiento clásico en Aplysia****. Utilice esquemas y representaciones gráficas cuando sea necesario. Cuál es el punto clave o central en este mecanismo. ¿Quién realizó estos descubrimientos?. ¿Cuál cree que es la transcendencia científica de estos descubrimientos y la importancia histórica de estos hallazgos en la historia de la investigación sobre el aprendizaje y la memoria?.

La entrada de Calcio presináptico coincide con la activación de la adenilciclasa por la proteína G. La adenilciclasa activada por la proteína G estimula la síntesis de grandes cantidades de AMPc a partir del ATP. Se supone a la adenilciclasa como detector de coincidencias EC-EI.

Los estudios realizados en invertebrados realizados por Kandel, han tenido un valor incalculable para la identificación de posibles mecanismos moleculares del aprendizaje y la memoria. Sin embargo: –Los estudios realizados en Aplysia no han demostrado las bases celulares del aprendizaje, sino sólo algunas correlaciones celulares

–Aunque estos cambios puedan acompañar al aprendizaje, tal vez no sean esenciales para que el aprendizaje se produzca

–Incluso durante los reflejos más sencillos, miles de neuronas del sistema nervioso de Aplysia están activas, y es probable que entre ellas se distribuyan ampliamente alteraciones sinápticas relacionadas con el aprendizaje

  1. Explique en qué consiste el denominado “principio de Hebb” para explicar fenómenos de aprendizaje como el condicionamiento clásico. ¿Sobre qué ideas esenciales de la historia de la neurociencia y de la psicobiología se asienta este principio?. En “Organization of behaviour” (1949) desarrolla su teoría sobre cómo las percepciones, el pensamiento, las emociones y la memoria pueden ser producidas por la actividad cerebral. Cuando una sinapsis se activa repetidamente al mismo tiempo que la neurona postsináptica emite potenciales de acción, tendrán lugar cambios en la estructura o la neuroquímica de la sinapsis que cambiaran su fuerza sináptica.

• El engrama podría distribuirse ampliamente entre las conexiones que unen las células

formando circuitos

• El engrama podría relacionarse con las mismas neuronas que participan en la

percepción y la acción

  1. Explique el papel del factor de transcripción CREB en la consolidación de la memoria, que mecanismos lo activan y qué consecuencias produce su activación. La activación de la PKA por el AMPc activa el factor de transcripción CREB

El aumento de CREB determina:

incrementadas. Una de las propiedades fundamentales de la potenciación a largo plazo

es que es asociativa. Es decir, en el momento en que una sinapsis se está fortaleciendo,

cualquier otra sinapsis que se produzca en el mismo instante, queda también fortalecida.

Este principio, es exactamente igual al principio de Donald Hebb.

Los responsables de este fenómeno son unos receptores específicos que hay en las

neuronas del hipocampo que se denominan NMDA (N-metil-D-aspartato). El AP5 (2-

amino-5-fosfono pentanoato) impide que se produzca este fenómeno, pero si se

introduce AP5 a los receptores de NMDA después de que se haya producido

potenciación a largo plazo, la potenciación a largo plazo no se ve afectada.

Las propiedades que tienen los receptores NMDA son canales de calcio y siempre están

cerrados porque en la parte externa tienen afinidad por el ión de magnesio, de forma que

el ión de magnesio, al sentirse atraído, bloquea el canal. Este canal depende de ligando

y de voltaje. Este canal estará abierto si en el espacio extracelular hay glutamato y

también si en el interior de la neurona se ha despolarizado. De manera que, si esto

ocurre, el canal estará abierto y por eso, en ese mismo instante, si otra sinapsis se activa,

esta sinapsis se fortalece. Existen otros mecanismos, por el cual permite la potenciación

a largo plazo. Un mecanismo que ayuda esto es la espiga dentrítica. Cuando las células

piramidales se despolarizan mucho emiten lo que se denomina la espiga dentrítica. Una

espiga dentrítica es una carga eléctrica que recorre todas las células en todas las

direcciones. Al recorrer toda la membrana todos los canales de NMDA no van a estar

bloqueados por el magnesio. El calcio para entrar necesita también glutamato. En

aquellos sitios donde el magnesio ya se ha ido porque justo ese momento está pasando

la espiga dentrítica y además en ese instante la neurona presináptica libera glutamato,

resulta que los canales de NMDA si se abren. Por tanto la cantidad de carga positiva que

entra en la neurona es mayor y, por tanto, se dice que la sinapsis es fuerte. No es un

potencial de acción.

Perduración en el tiempo PLP

Lo primero que se observa después de establecer potenciación a largo plazo es que la

membrana del botón terminal donde se produce sinapsis empieza a ser más gorda y

empieza a haber más receptores AMPA. Este incremento de la membrana postsináptica

está directamente relacionado con el establecimiento de potenciación a largo plazo.

Estos receptores de AMPA son receptores de glutamato, por tanto, el simple hecho de

tener más canales para el glutamato va a hacer que la membrana postsináptica se

despolarice más. Lo siguiente que se observa también que empieza a haber más CaM –

KII (Calcio calmodulina cinasa tipo II) en la postsináptica. Esta es la responsable de

ensamblar nuevos canales de AMPA en la membrana postsináptica. Este proceso se

activa cuando el calcio entra al interior de la membrana y ¿Cuándo se produce eso?

Cuando se activan los canales de NMDA que permite la entrada de calcio.

Otros cambios que acompañan a la PLP son la alteración de la estructura sináptica y la

producción de nuevas sinapsis. La PLP incluye cambios de la forma y tamaño de las

espinas dentríticas. Este crecimiento de la sinapsis requiere de síntesis de proteínas

nuevas para que se produzca potenciación a largo plazo. El hecho de que se active los

canales de NMDA, va a permitir que el CaM –KII active a una serie de proteínas

Kinasas, en concreto la proteína Kinasa Tipo A. Esta proteína actúa como una señal para

que una parte del genoma se empiece otra vez a transcribir. Esto es fundamental para

que la membrana pueda volver a crecer.

Un último cambio que se produce, ya no es en la membrana postsináptica, sino también

en la membrana presináptica. Resulta que el flujo de entrada de calcio, cuando se

activan los canales de NMDA, activa una enzima óxido nítrico sintasa que produce

óxido nítrico. Es un gas soluble que se localiza en la membrana postsináptica y su

efecto es local. Este óxido nítrico, en la membrana presináptica tiene un efecto y actúa

como un mensaje retrógrado y provoca el incremento de la síntesis del neurotransmisor

con la membrana presináptica.

  1. Explique en qué consiste la depresión a largo plazo. Describa los fenómenos celulares y moleculares que se producen durante en la depresión a largo plazo en la corteza del cerebelo.

La estimulación a baja frecuencia de las aferencias sinápticas a una célula disminuyen, en lugar de aumentar, la fuerza de sus sinapsis.

• Implica la activación de receptores NMDA y también su establecimiento resulta alterado por

AP

• Está ligada a la activación de fosfatasas dependientes de Ca ++

• Implica la retirada de receptores AMPA

• Permite revertir los cambios sinápticos previamente establecidos

Los mecanismos implicados en la PLP y la DLP en el hipocampo presentan semejanzas y diferencias. En las sinapsis entre los colaterales de Schaffer y las neuronas piramidales de CA1, tanto la PLP como la DLP requieren la activación de los receptores NMDA y entrada de Ca++ Que ocurra PLP o DLP depende de la cantidad de Ca++

• La PLP está asociada a la activación de CaM-KII

• La DLP está ligada a la activación de fosfatasas dependientes de Ca++ (Los inhibidores

de fosfatasas dependientes de Ca++ inhiben la ocurrencia de DLP, pero no de PLP)

• La PLP está asociada con la inserción de nuevos receptores AMPA

• La DLP está asociada con la retirada de receptores AMPA