Neuronas y Sistema Inmune

Bert Rivera Marchand, PhDUniversidad Interamericana de Puerto Rico

Recinto de BayamónDepartamento de Ciencias Naturales y Matemáticas

Sistema Nervioso

• Función: Control y Comunicación• Partes:– Sistema Nervioso Central: Cerebro, Cerebelo

Médula Espinal– Sistema Nervioso Periferal: Nervios craneales y

espinales

Neurona

• Descripción:– Forma alargada y asimétrica– Proteínas y organelos localizados– Proteínas controlan flujo de iones a través de la

membrana– Pueden recibir señales o enviar a múltiples

neuronas• Sincronizadas o asincrónicas• Excitadas o inhibidoras

Origen de las Neuronas

• Se originan de neuroblastos

• Estos migran• Luego de llegar a su

destino cambian su forma

Forma Generalizada

• Núcleo• Dendritas

– Reciben señales mediante sinapsis• Axón

– Largo y diámetro varían– Casi siempre cubiertas por mielina

• Hechas por glías– Abundantes; proveen factores de crecimiento; reciben señales

• Aumenta la velocidad de la señal• Previene cortos circuitos

• Terminal de Axón– Corto– Pasan la señal a la otra neurona

Neuronas

• Células excitables– Pueden acumular un voltaje a través de la

membrana• Potencial de la Membrana (puede ser descargada o

llevada a positivo)

– Sin transito= tiene un potencial de descanso• Producida por bombas de iones positivos• -60mV

Lenguaje de Neuronas

• Cambios breves y localizados en potencial– De negativo a 0 ó a positivo– Despolarización corre de un lado a otro en un

Potencial de Acción• Puede moverse 100m/s• Puede repetirse• Cuando comienza no se interrumpe• La información es cargada por la frecuencia de la señal

no la intensidad

Sinapsis

• Unión de terminales de axones y dendritas1. Terminales de axones liberan neurotransmisores por

medio de exocitosis– moléculas pequeñas (Ej. Acetilcolina; glutamato)

2. Estos se unen a receptores en las dendritas de la otra neurona

3. Causan que abran o cierren canales de iones específicos en la membrana de la célula postsináptica que cambia el potencial (+ ó -) – Luego se despolariza y es suficientemente grande causa un

potencial de acción

Sinapsis

• Transmisión es unidireccional– Axón-Dendrita

• En algunos sinapsis el efecto es de hiperpolarizar– Disminuye la probabilidad

de un potencial de acción

• En otros casos como en el sistema nervioso central la sinapsis puede ser múltiples e inducir respuestas múltiples

Circuitos: Neurona Sensorial

• La neurona sensorial indica que un evento ocurrió– Neurona motor- carga la señal (ej. a un musculo

para contracción)– Interneurona- puente entre otras neuronas para

integrar o divergir señales

Circuito Simple

• Arco-reflejo– Interneuronas conectan neuronas sensoriales y

motoras múltiples – Estas permiten que UNA neurona sensorial afecte

múltiples neuronas motoras y que una neurona motora sea afectada por múltiples neuronas sensoriales

Propagación de Potenciales de Acción

• Potenciales de acción= despolarizaciones repentinas de la membrana seguidas por repolarización rápida– Se originan en el segmento inicial de axón y se

mueven hacia los terminales donde los impulsos eléctrico son transmitidos a otras células vía sinapsis

• El potencial de acción es resultado de abrir y cerrar de forma secuencial los canales de Na+ y K+ en las membranas de la neurona y el músculo

Mielinización

• Aumenta la tasa de conducción de impulsos hasta 100x

• Permite el empaque cercano de neuronas (ej. cerebros de vertebrados)

• En neuronas mielinizadas los canales de Na+ se concentran en los Nodos de Ranvier– La despolarización de un nodo se mueve

rápidamente; el potencial brinca nodos

Células Gliales

• Producen capas de mielina• Se unen alrededor de las neuronas en forma de espiral– Oligodendrocitos- producen mielina para el Sistema

Nervioso Central– Células de Shwann- producen mielina para el Sistema

Nervioso Periferal– Astrocitos- cubren procesos alrededor de sinapsis y vasos

sanguíneos• Secretan proteínas que estimulan formación de sinapsis e inducen

la producción de barreras de sangre-cerebro que limitan el flujo de sustancias

Comunicación en Sinapsis

• Neurotransmisores son liberados por la célula presináptica por exocitosis– Se difunden por la sinapsis y se enlazan a

receptores de la célula postsináptica (neurona o músculo)

– Están almacenados en vesículas sinápticas en el terminal del axón de la célula presináptica

– Cuando llega un potencial de acción, canales de Ca2+ abren y las vesículas se unen a la membrana liberando neurotransmisores a la sinapsis

•Neurotransmisores de masa molecular baja (Acetilcolina, dopamina, epinefrina) son importadas del citosol a vesículas con H+

•Bomba de protones mantiene el pH bajo lo que mueve los neurotransmisores en contra del gradiente

•Importación de neurotransmisores de masa alta varia

Algunos Neurotransmisores

• Glutamato- Excitatorio• GABA (Gama ácido amino butírico)- Inhibidor• Acetilcolina- neuromuscular• Dopamina- placer, motor (recompensa)• Serotonina- apetito, sueño, memoria,

temperatura, humor, conducta, (asociado con depresión)

Receptores de Neurotransmisores

• Ligandos- canales de iones que permiten el paso cuando están abiertos

• Receptores de proteína G que se unen a un canal de iones

Señales Eléctricas

• No todas las comunicaciones son por sinapsis química

• Señales pueden ir entre células por electricidad– Dependen de canales de uniones (“gap junctions”)

que unen dos o mas células– Son bidireccionales

• Comunes en la neurocorteza

– Son mas rápidos que las señales químicas– Ocurren ya que los gap junctions son pequeñas

MemoriasCreadas por numero y fuerza de sinapsis

SISTEMA INMUNE

Defensas contra Patógenos

Leucocitos

• Una de tres células de la sangre• Sistema inmune: vasos, órganos y células dividido en

estructuras linfoides• Órganos linfoides primarios- generan linfocitos– Timo- genera células T– Médula ósea- genera células B

• Órganos linfoides secundarios-inician respuesta inmune adaptativa– Nódulos linfáticos– Vaso

Leucocitos

• Entran a otros tejidos para realizar su función– Salen al torrente sanguíneo con proteínas de

defensa y nutrientes– Vuelven en forma de linfa a través de vasos

linfáticos• Estos convergen y llevan la linfa a los nódulos linfáticos• Nódulos linfáticos- “filtros” donde llega información de

antígenos; esta se exhibe y evoca una respuesta

Respuesta Inmune: Barreras

• Barreras– Físicas- células del

epitelio, piel, exoesqueleto

– Químicas- pH, enzimas (ej. ojos), secreciones gástricas

Respuesta Inmune: Inmunidad Innata

• Se activa luego que las barreras fallan y se percibe el invasor

• Compuesto de moléculas y células que están disponibles de forma inmediata– Fagocitos- células que ingieren y destruyen

patógenos• Distribuidos a través de tejidos y el epitelio• Reclutados en lugares de infección

• Insectos solo tienen Inmunidad innata

Fagocitos

• Incluyen macrófagos, neutrófilos y células dendríticas

• Todos tienen receptores tipos compuerta (toll-like receptors; TLR)– Proteínas que detectan patrones de marcadores en

invasores• Los macrófagos y células dendríticas cuyos TLR han

detectado patógenos funcionan como células presentadoras de antígenos (APC) ya que muestran materiales extraños procesados a células T

Sistema Complementario

• Proteínas que se unen a superficie de bacterias y hongos– Causan una cascada proteolítica que forman el

complejo de ataque membranal que permeabiliza la membrana del patógeno

Vías del Sistema Complementario

• Vía clásica- requiere anticuerpos producido por el sistema inmune adaptativo y que se unen a la superficie del microbio

• Vía alterna- Activación de complementos C3 y C4– Causan permeabilidad de superficies– Luego ocurre una cascada de C5-C9– Se pierden electrolitos y ocurre lisis

• Vía de lectina que se enlaza a manosa- especifico a patógenos con membranas altas en manosa

Células Asesinas Naturales

• Reconocen interferones producidos por células infectadas por virus

• Destruyen las células infectadas• Secretan γ interferón- antiviral– Interferones son clasificados como citoquinas• Proteínas pequeñas que regulan respuestas inmunes

Inflamación

• Ocurre luego de daño causado a tejido vascular izado

• Señales: color rojo, hinchazón, calor, dolor– Vasos sanguíneos liberan fluido– Células atraídas– Mediadores solubles (causa de dolor)

• Importante para la protección y para comenzar la respuesta inmune adaptativa – Puede causar problemas

Invasión por una bacteria

• Cascada complementaria y presencia de neutrófilos (fagocitan bacterias)

• Inflamación• Destrucción de la bacteria liberan antígenos que llegan a

los nodos linfáticos• Células dendríticas adquieren antígenos, migran a los

nódulos linfáticos y activan células T• Células T ayudan a activar a células B

– Células B pueden moverse a la medula ósea y diferenciarse• Células T ayudan a las B diferenciadas a liberar anticuerpos• Anticuerpos y complementos eliminan al invasor

Inmunidad Adaptativa

• Especifico: pueden diferenciarse por un amino acido• Mediado por linfocitos T y B• Tiene Inmunoglobulinas:

– Proteínas que funcionan como anticuerpos– Compuestas por dos cadenas pesadas (H), dos livianas (L),

una región variable (V) y una constante (C)• Cadenas pesadas: γ(IgG), α(IgA), ε(IgE), δ(IgD), μ(IgM)• Cadena liviana: κ y λ

• Linfocitos B expresan Ig específicos para un antígeno– Tan pronto reconocen un antígeno particular ocurre

expansión clonal

Inmunidad Adaptativa

• Genes funcionales que codifican para anticuerpos son generados por re arreglo somático de segmentos múltiples de DNA en el locus de la cadena pesada y de la cadena liviana

Inmunidad Adaptativa

• El rearreglo de segmentos es controlado por secuencias conservados de señales de recombinación (RSS)– Separado por heptámetros o nonámeros separados por

fragmentos de 12 o 23 bp (tienen que ser diferentes)– Mediado por recombinasas

• RAG1/RAG2

• Diversidad de anticuerpos aumenta luego que las células B se encuentran con antígenos – Ocurre hipermutación y se producen anticuerpos con alta

afinidad

Células T

• Receptores de células T son especificas a antígenos• Ocurren en dos clases principales según la expresión

del co-receptor de glicoproteínas– CD8- citotoxinas; presentan en moléculas del “Major

Histocompatability Complex” (IMHC)– CD4- ayudan a células B; presentes en moléculas del “Major

Histocompatability Complex” (IIMHC)• Los genes que codifican para las subunidades de

receptores de células T (TCR) son generadas por recombinación genética– Esto ocurre en el timo

Células T

• Las destinadas a ser células T CD8 interactúan con moléculas IMHC y las destinadas a ser T CD4 interactúan con IIMHC– Células que no reconocen MHC mueren– Células que reaccionan muy fuerte tienen

instrucciones de morir (selección negativa)– Células que tienen afinidad intermedia maduran y son

exportadas (selección positiva)• Migran por señales quimotácticas (recibidas por

proteínas G)