Conexiones neuronales y la hipótesis de Chemoaffinity

Se cree que las neuronas establecen conexiones neuronales a través de programas predeterminados innatos durante el proceso de desarrollo del cerebro. También se cree que las neuronas gravitan hacia áreas de atracción y se alejan de las áreas de repulsión en una teoría conocida como la hipótesis de chemoaffinity. La hipótesis de Chemoaffinity afirma que las neuronas primero establecen conexiones con sus objetivos en función de las interacciones con marcadores moleculares específicos y, por lo tanto, que el primer diagrama de cableado de un organismo está indirectamente determinado por su genotipo.

 

Estos marcadores se crean durante la diferenciación celular y ayudan no solo con la sinaptogénesis, sino que también actúan como señales de orientación para su axón individual. El desarrollo de las formaciones maduras del sistema nervioso exige que los axones naveguen hacia sus objetivos correctos para establecer conexiones neuronales o conexiones sinápticas. Los axones en crecimiento crean estructuras altamente móviles, conocidas como conos de crecimiento, que dirigen al axón hacia su objetivo. Lo hacen respondiendo a moléculas guía específicas que atraen o repelen el cono de crecimiento.

 

La teoría de las conexiones neuronales

 

El concepto de que los axones están dirigidos principalmente por determinantes moleculares, en lugar de determinantes mecánicos, como las células, el material extracelular y otras neuronas, fue establecido por Roger Wolcott Sperry, un neuropsicólogo y neurobiólogo, en 1963. Sin embargo, no fue hasta el descubrimiento de las moléculas guía que incluían netrinas, semaforinas, efrinas y hendiduras, que la hipótesis de quimioafinidad de Sperry se volvió ampliamente reconocida como un mecanismo prevalente para la guía no solo de los axones, sino de todas las células.

 

En 1981, Roger Sperry recibió el Premio Nobel de Fisiología o Medicina por sus descubrimientos sobre la especialización funcional de los hemisferios cerebrales. Realizó estudios en pacientes con epilepsia en los que el cuerpo calloso, o el haz de fibras axónicas que conecta los dos hemisferios cerebrales, se cortó para detener las convulsiones. Una serie de pruebas y evaluaciones revelaron la forma en que los dos hemisferios cerebrales mantienen flujos independientes de conciencia, percepciones, pensamientos y recuerdos, y lo más fundamental, que las conexiones neuronales se forman y preservan con un alto grado de precisión.

 

Después de haber demostrado que la institución de conexiones neuronales específicas es fundamental para la función general del cerebro, Sperry se volvió para ver cómo se crean estas conexiones y utilizó su teoría de quimioafinidad para describir cómo los axones encuentran el objetivo correcto durante el desarrollo del cerebro. Otros habían planteado la posibilidad de que los determinantes compuestos pudieran funcionar en la guía del axón, pero fue Sperry quien suministró la evidencia histológica directa y propuso la hipótesis de la quimiofrencia para la guía del axón.

 

Roger Sperry y su hipótesis de Chemoaffinity

 

Roger Wolcott Sperry fue pionero en el inicio de la Hipótesis de Chemoaffinity después de los 1960 en una serie de experimentos elegantes que emplean el sistema retinotectal de la rana de garras africana, seccionó los nervios ópticos y guió los ojos en grados 180. Deseaba saber si la visión sería normal después de la regeneración o si el animal vería eternamente al mundo "al revés". Si esto último fuera cierto, esto podría revelar que los nervios fueron guiados de alguna manera a sus sitios originales de terminación; sin embargo, la restauración de la vista normal significaría que los nervios se reanudaron en sitios nuevos. Sperry demostró que estas criaturas realmente veían el mundo "al revés".

 

 

Según el experimento, la orientación inicial del ojo indica que la parte superior del ojo es Dorsal y la parte inferior es Ventral. Después de la operación, la “parte superior” del ojo ahora es ventral y la base es dorsal. Después de que se le suministró una fuente de alimento, la rana extendió su lengua, lo que significa que la orientación Dorsal-Ventral del ojo aún permanecía. En experimentos de seguimiento, el ojo se dispersó y rotó 180 ° y también se cortó el nervio óptico para determinar si esto podría afectar la orientación Dorsal-Ventral. Los resultados fueron idénticos. Fueron esos estudios los que llevaron a Sperry a sugerir que los códigos químicos complicados, bajo control genético, dirigen los axones a sus objetivos, su hipótesis de quimioafinidad.

 

En su primera teoría, Sperry propuso que las distintas células tienen diferentes proteínas de la superficie celular que sirven como marcadores, una noción que exigía una variedad insatisfactoriamente alta de proteínas. Revisó su modelo, sugiriendo que los gradientes dobles de señales de orientación en las áreas aferentes y objetivo permitirían una adecuada focalización de los axones. Ahora hay amplios datos experimentales para apoyar la hipótesis de la quimioafinidad, así como el requisito de gradientes de receptores y / o ligandos, como las efrinas y los receptores Eph, en las regiones de proyección y objetivo está bien establecido.

 

Roger Wolcott Sperry concluyó que cada nervio óptico y neurona tectal individual usaba algún tipo de marcadores químicos que dictaban su conectividad a través del desarrollo. Concluyó que si el ojo se hubiera rotado, cada fibra óptica y cada neurona tectal poseían etiquetas citoquímicas que denotaban de manera única su tipo y lugar neuronal y que las fibras ópticas pueden usar estas etiquetas para navegar a su propia célula diana coincidente, de ahí el deterioro visuomotor. `` Aunque ciertos aspectos y detalles sobre el modelo de Sperry no están probados o son incorrectos, la noción básica de esta hipótesis de quimioafinidad se ha convertido en un dogma en la neurobiología del desarrollo.

 

Información del Dr. Alex Jiménez

Con los años, el principio para comprender el establecimiento de conexiones neuronales ha continuado en todo el campo de la neurofisiología, así como el desarrollo prenatal del cerebro. Se cree que las conexiones neuronales se establecen durante la migración de los conos de crecimiento guiados por gradientes de señal de guía extracelular. Aunque esta teoría ha sido revisada innumerables veces, Roger Sperry fue el primero en explicar cómo los axones navegan hacia sus objetivos correctos en su hipótesis de la quimioafinidad. Incontables datos experimentales y clínicos ahora existen para apoyar la hipótesis de la quimiofrencia.

 

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Comisariada por el Dr. Alex Jiménez

 

 

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