AS DE COPAS: ASTROCITOS. UNAS CÉLULAS QUE SE MERECEN UN BRINDIS

27.1.22

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Presentamos el As de Copas de la neurobaraja: el astrocito. Hemos elegido los astrocitos para representar el palo de copas en nuestra neurobaraja porque estas células de la glía apoyan su capacidad para realizar multitud de funciones imprescindibles en unos pies asombrosos.

Los astrocitos forman parte de un grupo diverso de células del sistema nervioso que, a diferencia de las neuronas, no son capaces de producir potenciales de acción o impulsos nerviosos. Carecen por lo tanto de axones y de dendritas diseñados para transmitirlos y recibirlos. Este grupo de células del tejido nervioso son las células gliales, también llamadas neuroglía o, simplemente, glía.

La glía está presente en los animales, desde los invertebrados más simples, hasta los seres humanos. Parece que a lo largo de la evolución la glía se ha ido diversificando y especializando hasta resultar un elemento clave en los procesos de integrar y procesar señales para elaborar respuestas que, hasta hace muy poco, siempre creímos ser tareas exclusivas de las neuronas.

Los recientes recuentos de células nerviosas en el cerebro de vertebrados [1] han confirmado que aproximadamente la mitad de las células del sistema nervioso central de los mamíferos son células gliales, lo que por lógica lleva a pensar que deben jugar un papel en los circuitos nerviosos.

Dibujo original de Santiago Ramón y Cajal de una gruesa célula neurológica
de la capa de las pirámides del Asta de Ammón de un hombre adulto
(imagen original conservada en el Instituto Cajal, CSIC (Madrid)

Mucho menos conocidas que las neuronas, y confinadas en el sistema nervioso central sin comunicación directa con el exterior, estas células comenzaron a intrigar a los científicos desde que las técnicas de Golgi para teñir muestras de tejidos las hicieron visibles al microscopio óptico, a mediados del siglo XIX. En 1899 Santiago Ramón y Cajal comenzó a preguntarse «¿Qué significación funcional debemos otorgar a la neuroglía?» [2], porque ya entonces dudaba de que jugaran simplemente ese papel de relleno que había llevado a uno de los padres de la teoría celular, Rudolph Virchow (1821-1902) a darles en 1846 el nombre de nervenkitt («pegamento nervioso» en alemán) y posteriormente glía (pegamento en griego). En su «teoría nutritiva», Golgi consideraba que solo daban «apoyo logístico» (alimento, estructura de soporte) a las neuronas, pero Cajal las imaginaba con mucho más protagonismo (y el tiempo le ha dado la razón 😉).

A finales del siglo XIX Cajal solo podía «hacer conjeturas más o menos racionales», porque la falta de métodos dejaba al fisiólogo «totalmente desarmado»[2]. Sin embargo, el desarrollo de nuevas herramientas a partir de los años ochenta, ha permitido que los neurocientíficos cuenten hoy en día con un arsenal de técnicas para desentrañar los secretos de la neuroglía: el patch-clamp (para registrar la actividad eléctrica de células excitables que producen una pequeña corriente eléctrica cuando se estimulan), las sondas fluorescentes (para detectar, localizar y cuantificar las dinámicas que ocurren a escala celular, gracias a moléculas que generan señales de fluorescencia [3]), las nuevas técnicas de microscopía (confocal, multifotón...) y, por supuesto, las nuevas técnicas de biología molecular y edición genética.

Estos avances científico-tecnológicos han mostrado que la intuición de Cajal era buena. Sin quitarle protagonismo morfológico y funcional a la neurona, hoy sabemos que la glía orquesta una serie de funciones esenciales para el desarrollo y el buen funcionamiento del sistema nervioso, y cada vez se descubren nuevos roles en situaciones patológicas o, incluso, relacionados con el procesamiento y la integración de la información que hacen las neuronas.

Dividida en dos tipos, la microglía (de origen no nervioso) y la macroglía (con el mismo origen embrionario que las neuronas), las células gliales han dejado de ser figurantes y son ahora tan protagonistas del funcionamiento del sistema nervioso como las neuronas.

Los astrocitos son uno de los tipos de células que componen el variado grupo de la macroglía del sistema nervioso central. Parece que fue Mihály Lenhossék (1863-1937) quien, en 1891, compuso su nombre a partir de las palabras griegas astron = estrella y kytos = célula.

Santiago Ramón y Cajal imaginó la primera técnica para teñir específicamente los astrocitos [4] gracias a la proteína ácido gliofibrilar (GFAP por sus siglas en inglés) que forma el citoesqueleto encargado de mantener la estructura de estas células y que forma las fibrillas gliales en las prolongaciones del citoplasma. Actualmente la GFAP permite la identificación de los astrocitos mediante marcadores inmunohistoquímicos.

La cantidad de astrocitos varía dependiendo de la zona del sistema nervioso en la que se encuentren (de un 20 % a un 85 %), pero en el cerebro y la médula espinal de los mamíferos representan más del 50 % de la neuroglia [5],[6]. Son las células gliales de mayor tamaño (diámetro de su cuerpo celular entre 18 y 20 micrómetros).

Aunque en general se reconocen por la presencia de un gran núcleo ovalado o lobulado y la forma estrellada que inspiró su nombre, la forma y el aspecto de los astrocitos puede variar según el lugar en el que se encuentran. Hay astrocitos muy modificados en el cerebelo (glía de Bergmann), en la retina (glía de Müller) y su apariencia es distinta en las sustancias gris y blanca del cerebro, como demostró en 1893 Andriezen [7].

En la sustancia gris abundan los astrocitos protoplasmáticos, con prolongaciones cortas y muy ramificadas rodeando somas y dendritas neuronales en las sinapsis tripartitas. Los astrocitos fibrosos se asocian a los axones neuronales en la sustancia blanca y tienen prolongaciones mucho más escasas y largas, casi sin ramificar, además de un citoplasma lleno de filamentos. Parece que existe un tercer tipo de astrocitos reactivos que, en situaciones patológicas, serían capaces de asumir funciones defensivas junto a la microglía para hacer frente a ciertas lesiones cerebrales formando la llamada cicatriz glial.

* fuente: http://mmegias.webs.uvigo.es/8-tipos-celulares/astrocito.php

La presencia de pies terminales (o pedículos) en los extremos de las fibrillas gliales que forman las prolongaciones de su citoplasma permite que un solo astrocito esté relacionado con hasta 100 000 sinapsis [8]. Estos pies también se adhieren a los vasos sanguíneos para regular la cantidad de sangre que llega al cerebro y participar en la construcción de la barrera hematoencefálica que lo protege de la entrada de sustancias nocivas. Los pies terminales de los astrocitos fibrosos envuelven los nódulos de Ranvier de los axones y los vasos sanguíneos de las fibras donde se encuentran.

Otra de las características de los astrocitos es que son células capaces de formar redes extensas donde mantienen interconectados sus citoplasmas gracias a las uniones GAP (pequeños túneles en la membrana plasmática formados de proteína conexina que dejan pasar iones y pequeñas moléculas en los dos sentidos) [9].

Para comunicar, los astrocitos también producen y liberan mensajeros químicos (llamados gliotransmisores) que permiten que una población de astrocitos actúe de modo sincronizado y coordinado para participar junto a las neuronas en el procesamiento de la información.

Entre otros investigadores del Instituto Cajal, Alfonso Araque y su equipo estudian las modalidades de la «conversación» que se establece en lo que han denominado «sinapsis tripartita», donde los astrocitos «comentan» y «moderan» el diálogo entre las neuronas, e investigan sus implicaciones en el desarrollo de enfermedades del sistema nervioso. Han establecido que los astrocitos poseen una forma de excitabilidad basada en variaciones de la concentración interna de calcio (Ca2+), de modo que comunican entre ellos mediante ondas de calcio intercelulares. Como los astrocitos también tienen en su membrana receptores para los neurotransmisores producidos por las neuronas, el impulso nervioso puede excitarlos cuando envuelven la sinapsis y hacer que liberen gliotransmisores (fundamentalmente ATP y glutamato), que a su vez modularán las sinapsis neuronales.

Se ha observado que las neuronas no solo liberan mensajeros químicos (neurotransmisores) en las sinapsis, sino también fuera de ellas, lo que sugiere que las funciones de la comunicación neurona-glía son mucho más complejas que la simple colaboración en la transmisión sináptica. Parece que la glía puede regular la formación de sinapsis, controlar la fuerza sináptica y participar en el procesamiento de la información al coordinar la actividad entre diferentes grupos de neuronas. Y al contrario, la actividad del impulso nervioso puede regular un amplio rango de actividades gliales, incluyendo la proliferación, la diferenciación y la mielinización [2],[5], [10].

Con tantas capacidades, el «catálogo de servicios» que nos ofrecen los astrocitos es impresionante [12] [13]:

1. ARMAZÓN ESTRUCTURAL. Los astrocitos participan en la estructuración física del cerebro y juegan un papel secundario de sostén mecánico.

2. PROTECCIÓN. Los pies terminales de los astrocitos forman una capa continua que envuelve los vasos sanguíneos de la periferia del sistema nervioso central, de modo que colaboran en la barrera hematoencefálica que separa la sangre del fluido extracelular cerebral en el sistema nervioso central. Aquí los astrocitos impiden el paso de sustancias potencialmente peligrosas para el cerebro y permiten al acceso a otras, como agua, oxígeno o pequeñas sustancias liposolubles. Recientemente se ha descubierto el sistema glinfático, una vía de drenaje cerebral que depende del adecuado funcionamiento de la neuroglia y en especial de los astrocitos.

3. REGULACIÓN METABÓLICA Y ACCIÓN ANTIOXIDANTE. Los astrocitos se encargan de controlar la cantidad de sustancias presentes en el entorno de las neuronas para que funcionen correctamente y generen señales limpias. En concreto, controlan el pH, los niveles de potasio (K⁺) y calcio (Ca²⁺), capturan los radicales libres (gracias al glutatión), e intervienen en el metabolismo de reciclaje de los neurotransmisores (por ejemplo, el exceso tóxico de glutamato se incorpora al ciclo glutamato/glutamina).

4. METABOLISMO ENERGÉTICO. Los astrocitos gestionan su reserva citoplasmática de glucógeno para mantenerla en niveles que le permitan hacer frente a la demanda de glucosa en periodos de alta actividad neuronal. Pueden también encargarse de transformar la glucosa en lactato a disposición de la neurona (para el ciclo de Krebs).

5. CONTROL Y REGULACIÓN DEL FLUJO SANGUÍNEO que llega al cerebro y las neuronas para aportarles el oxígeno necesario (O₂). El incremento local del flujo sanguíneo suministra más oxígeno y nutrientes a la regiones cerebrales activas que necesitan más energía.

6. MODULACIÓN DE LA ACTIVIDAD NEURONAL. Los astrocitos regulan la formación, maduración, mantenimiento y estabilidad de las sinapsis para que funcionen correctamente, manteniendo así la conectividad de circuitos neuronales, como los asociados con el aprendizaje y la memoria. Así pues, los astrocitos intervienen en cómo se procesa la información nerviosa que manejan las neuronas.

7. REGULACIÓN DE LAS SINAPSIS. En la materia gris, los astrocitos están íntimamente asociados con las membranas neuronales, sobre todo en las zonas sinápticas. Aquí es donde los pies terminales envuelven por completo o parcialmente los terminales presinápticos y las estructuras postsinápticas, formando la sinapsis tripartita.

8. DESARROLLO Y PLASTICIDAD NEURONAL. Los astrocitos desempeñan un papel importante en el desarrollo embrionario del tejido nervioso, y se encargan, por ejemplo, de orientar el crecimiento axónico o de ayudar a que las neuronas y otras células nerviosas lleguen a los lugares de la corteza cerebral donde deben estar.

9. COORDINACIÓN DE LA PRODUCCIÓN DE MIELINA. Los astrocitos se encargan de transformar el adenosín trifosfato (ATP) [11] que libera la actividad eléctrica de las neuronas en una proteína que estimula en los oligodendrocitos la producción de mielina.

10. DEFENSA. Los astrocitos están implicados en procesos inflamatorios de reactividad inmunológica del cerebro. En respuesta a lesiones cerebrales y gracias una cierta capacidad para generar respuesta inmunitaria (los astrocitos son inmunocompetentes) participan con la microglía en la formación de la cicatriz glial.

Increíble, ¿verdad? Seguro que estás pensando que estos astrocitos son unas células nerviosas extraordinarias que se merecen un brindis... ¡con las mejores copas de la neurobaraja!

¿Te ha picado la curiosidad y quieres saber más?

NOTAS

[1] VON BARTHELD, Christopher S., Jami BAHNEY, Suzana HERCULANO-HOUZEL (2016). The search for true numbers of neurons and glial cells in the human brain: A review of 150 years of cell counting. The Journal of Comparative Neurology, vol. 524 (18), pp. 3865-3895. https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/cne.24040

[2] Cajal propuso la «teoría del aislamiento», en la que imaginó a los astrocitos como elementos aisladores de las distintas neuronas. ARAQUE, Alfonso y Marta NAVARRETE (2013). El ayer y hoy de los astrocitos. Mente y Cerebro n.º 59, pp. 18-23. https://www.investigacionyciencia.es/revistas/mente-y-cerebro/evolucin-del-pensamiento-575/el-ayer-y-hoy-de-los-astrocitos-11083

[3] En neurociencia son especialmente importantes las técnicas de imagen de calcio. En el tejido nervioso, el calcio (Ca2+) es un ion muy importante, que interesa detectar. Los métodos basados en fluorescencia son selectivos, muy sensibles, rápidos y con un costo asequible. Los quimiosensores son receptores moleculares que se unen solo con la molécula o el ion que nos interesa estudiar y que, al hacerlo, producen algún tipo de señal medible, como por ejemplo, fluorescencia, potencial redox o espectros de absorción. En un quimiosensor o sonda fluorescente hay un receptor responsable del reconocimiento y un fluoróforo que señala este reconocimiento con cambios en su fluorescencia.

[4] Se trata de la técnica de sublimación de cloruro de oro. Para una revisión de los distintos métodos de tinción de las células nerviosas, ver: Técnicas de imagenología cerebral, por José Méndez Venegas (Facultad de Psicología, UNAM, México).

[5] CALDERÓN ÁLVAREZ-TOSTADO, J.L. y RIVERA SILLA, G. (2012). El astrocito: una estrella entre bambalinas. Ciencia, enero-marzo 2012, pp. 68-74. https://www.revistaciencia.amc.edu.mx/images/revista/63_1/PDF/10_698_Astrocito.pdf#:~:text=El%20astrocito%3A%20una%20estrella%20tras%20bambalinas%20central%20es,conocer%20detalladamente%20su%20comportamiento.%20%C2%BFBlanco%20para%20tratamientos%20m%C3%A9dicos%3F

[6] MEGÍAS M., MOLIST P., POMBAL M. A. (2019). Atlas de histología vegetal y animal. Tipos celulares. Astrocito. http://mmegias.webs.uvigo.es/8-tipos-celulares/astrocito.php

[7] Cajal cita en su obra «Textura del sistema nervioso del hombre y de los vertebrados» (1899 – 1904) los trabajos de Andriezen, que en 1893, había distinguido una glía fibrosa (en alemán Langstrahler o «proyectores largos») que se encuentra en la sustancia blanca del cerebro de una glía protoplasmática (en alemán Kurzstrahler, ó «proyectores cortos») en la sustancia gris. En MARTÍNEZ-TAPIA, R. J. y cols. (2018) Una nueva vía de drenaje cerebral: el sistema glinfático. Revisión histórica y conceptual Revista Mexicana de Neurociencia Enero-Febrero, 2018; 19(1), pp. 104-116. https://www.medigraphic.com/pdfs/revmexneu/rmn-2018/rmn181j.pdf

[8] MEDEROS CRESPO, Sara (2019). Comunicación astrocito-interneurona y el procesamiento de la información en las redes neuronales. Tesis Doctoral dirigida por la Dra. Gertrudis PEREA PARRILLA, del Instituto Cajal (CSIC). Universidad Complutense de Madrid. Facultad de Ciencias Biológicas, Departamento de Bioquímica y Biología Molecular. 198 pp. https://digital.csic.es/handle/10261/210592

[9] Ya vimos en la entrada del As de Oros que este tipo de uniones GAP son las que permiten la circulación muy rápida y en doble sentido del impulso nervioso en las sinapsis eléctricas.

[10] FIELDS, R. D. & B. STEVENS-GRAHAM (2002). New Insights into Neuron-Glia Communication. Science (298), pp. 556-562 https://www.science.org/doi/10.1126/science.298.5593.556

[11] ¿Qué es el ATP? (cienciaybiologia.com) https://cienciaybiologia.com/que-es-el-atp/

[12] YANGÜAS CASÁS, Natalia (2015). Efecto del taurorsodeoxicolato en la regulación de la neuroinflamación aguda. Tesis Doctoral dirigida por el Dr. Lorenzo Romero Ramírez y el Prof. Manuel Nieto Sampedro (CSIC). Universidad Autónoma de Madrid, Facultad de Medicina, Departamento de Bioquímica. https://repositorio.uam.es/handle/10486/668514?show=full

[13] YANGUAS CASÁS, Natalia (2020). Neurociencia para dummies. Undécima noche de los investigadores europeos, Madrid. 2020. Canal YouTube Instituto Cajal

https://youtu.be/1SZ2HVnGwIk?list=PLEU_4DYTRsCHPRnT2mlufUmpb_J0KlwmY&t=1311

FUENTES

COVELO FERNÁNDEZ, Ana (2015). Modulación sináptica a corto y largo plazo mediada por astrocitos en hipocampo. Tesis Doctoral dirigida por el Dr. Alfonso ARAQUE ALMENDROS, del Insituto Cajal (CSIC). Universidad Autónoma de Madrid. Facultad de Medicina, Departamento de Anatomía, Histología y Neurociencia. 109 pp. https://repositorio.uam.es/bitstream/handle/10486/669246/covelo_fernandez_ana.pdf?sequence=1

JÄKEL, Sarah and Leda DIMOU (2017). Glial Cells and Their Function in the Adult Brain: A Journey through the Histroy of Their Ablation. Frontiers in Cellular Neuroscience. February 2017, vol. 11, num. 24. https://doi.org/10.3389/fncel.2017.00024

LEBRERO CIA, Carmen (2017), Modulación de la comunicación intercelular mediada por GAP junctions en la línea celular HEK 293. Trabajo Fin de Grado en Biotecnología, Universidad Miguel Hernández de Elche, 35 pp. http://dspace.umh.es/bitstream/11000/4145/1/TFG%20Lebrero%20Cia%20Carmen.pdf

PÉREZ CAPOTE, Kamil (2006). Respuesta de las células gliales al daño neuronal in vitro. Introducción (55 pp). Tesis Doctoral. Universitat de Barcelona. https://digital.csic.es/bitstream/10261/91949/4/1_INTRODUCCION.pdf

REYES-HARO, Daniel, Larissa BULAVINA y Tatyana PIVNEVA (2014). La glía, el pegamento de las ideas. Ciencia, abril junio de 2014, pp. 12-18.

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