Morfología neuronal en el trastorno del espectro autista / Neuronal morphology in autism spectrum disorder

RESUMEN: El trastorno del espectro autista (TEA) abarca un grupo de trastornos multifactoriales del neurodesarrollo caracterizados por una comunicación e interacción social deteriorada y por comportamientos repetitivos y estereotipados. Múltiples estudios han revelado que en el TEA existen disfunciones sinápticas, en la cual la morfología y función neuronal son sustratos importantes en esta patogenia. En esta revisión comentamos los datos disponibles a nivel de anormalidades neuronales en el TEA, enfatizando la morfología de las dendritas, espinas dendríticas y citoesquelo de actina. Las dendritas y espinas dendríticas, ricas en actina, forman la parte postsináptica de la mayoría de las sinapsis excitadoras. En el TEA, los datos obtenidos apuntan a una desregulación en el crecimiento y desarrollo dendrítico, así como una alteración en la densidad de las espinas dendríticas. Lo anterior, se ve acompañado de alteraciones en la remodelación y composición del citoesqueleto neuronal. Para comprender mejor la fisiopatología del TEA, es necesario mayor información sobre cómo los cambios morfofuncionales de los actores que participan en la sinapsis impactan en los circuitos y el comportamiento.

SUMMARY: Autism Spectrum Disorder (ASD) is a group of multifactorial neurodevelopmental disorders, characterized by impaired communication and social interaction skills, and by repetitive and stereotyped behaviors. Multiple studies report that there are synaptic dysfunctions in ASD, in which important substrates such as morphology and neuronal function are involved in this pathogenesis. In this review we discuss the data available at the level of neuronal abnormalities in ASD, and emphasize the morphological aspects of dendrites, dendritic spines, and actin cytoskeleton. Actin-rich dendrites and dendritic spines shape the postsynaptic part of the most excitatory synapses. In ASD, the data points to a dysregulation in dendritic growth and development, as well as an alteration in the density of dendritic spines. This is accompanied by alterations in the remodeling and composition of the neuronal cytoskeleton. In order to better understand the pathophysiology of ASD, further information is needed on how the elements of synaptic morphofunctional changes impact circuits and behavior.

Análisis morfométrico del proceso de diferenciación in vitro de neuronas del hipocampo / Morphometric analysis of the differentiation process of hippocampal neurons in vitro

Los cultivos neuronales del sistema nervioso central se han venido usando ampliamente para el estudio de los mecanismos que conducen el proceso de diferenciación neuronal, así como también se han empleado como modelos in vitro para evaluar drogas y desarrollar nuevas terapias, de allí la importancia profundizar en la caracterización de dicho proceso. En este estudio, se prepararon cultivos primarios de células del hipocampo para estudiar los tipos celulares desarrollados, el desarrollo de dendritas y axones, la densidad de vesículas sinápticas y el desarrollo de los conos de crecimiento. Mediante inmunofluorescencia usando anticuerpos y marcadores no inmunológicos, se observaron los cambios experimentados por las estructuras de interés durante diferentes estadios temporales (1-21 días). Observamos una mayor proporción de neuronas sobre glias, desarrollo normal de las redes neuronales (conformadas por dendritas y axones), incremento en la longitud de dendritas y el establecimiento de sinapsis. Las vesículas sinápticas también experimentaron un incremento en su densidad a medida que aumentaba el tiempo de cultivo. Finalmente, se estudiaron los cambios morfológicos de los conos de crecimiento observándose que al inicio del cultivo en su mayoría se encontraban cerrados, pero a medida que maduraban las neuronas la proporción de conos de crecimiento abiertos aumentó. Este trabajo representa un avance en la caracterización morfométrica de los cultivos neuronales puesto que recoge de manera simultánea y cuantitativa los principales aspectos que marcan el proceso de diferenciación neuronal. En este estudio, la medición de estas características morfológicas hizo posible establecer parámetros cuantitativos que ayudarán a distinguir las principales etapas de la diferenciación neuronal.

Neuronal cultures of the central nervous system are widely used to study the molecular mechanisms that rule the differentiation process. These cultures have also been used to evaluate drugs and to develop new therapies. From this we can infer the relevance of performing an extended characterization that involves the main aspects driving such process. To carry out such characterization in the present study we prepared primary cultures from hippocampal cells to study cell identity, development of neuronal processes (dendrites and axons), density of synaptic vesicles and development of growth cones. Using immunofluorescence techniques, specific antibodies and non-immunological probes, we studied the changes experienced by the structures under study during different temporal stages (1-21 days). We observed a major proportion of neurons over glia, normal development of neuronal networks (formed by dendrites and axons), increase in the length of dendrites and axons and establishment of synaptic connections. Synaptic vesicles also showed an increase in their densities as long as the time of the culture progressed. Finally, we studied the morphological changes of the growth cones and observed that those were mostly closed at the beginning of the culture period. As neurons matured we observed an increase in the proportion of open growth cones. This work represents an advance in the morphometric characterization of neuronal cultures, since it gathers the main aspects that outline the neuronal differentiation process. In this study, measurement of these morphological features made possible to establish quantitative markers that will allow establishing more precisely the different stages of neuronal differentiation.