Topografía precisa de las subunidades de los canales de potasio kv3.1b y kv3.3 en la capa molecular de la corteza cerebelosa de la rata

Resumen

Los canales de potasio dependientes de voltaje Kv3.1 y Kv3.3 intervienen en la generación de potenciales de acción rápidos, que permite a las neuronas que los poseen disparar potenciales de acción a alta frecuencia (Rudy y McBain 2001). Son canales activados a potenciales de membrana relativamente positivos, y se caracterizan por sus cinéticas de activación extraordinariamente rápidas, moldeando así la repolarización del potencial de acción (Rudy and McBain 2001). Estudios de hibridación in situ e inmunohistoquímica han demostrado que Kv3.1 y Kv3.3 se expresan en abundancia en la corteza cerebelosa (Goldman-Wohl y cols., 1994; McMahon y cols., 2004), en particular, en las células granulares (Weiser y cols., 1994, 1995; Sekirnjak y cols., 1997; Grigg y cols., 2000; Li y cols., 2001; Rudy McBain 2001; Ozaita y cols., 2002; Alonso-Espinaco y cols., 2008; Puente y cols., 2010). Desde el punto de vista funcional, los ratones que carecen de los canales Kv3.1 y Kv3.3 presentan un síndrome cerebeloso caracterizado por ataxia severa y temblor, además de ser particularmente sensibles al alcohol (Espinosa y cols., 2001, 2004; Matsukawa y cols., 2003, Joho y cols., 2006). Estas evidencias en conjunto sugieren que la presencia de Kv3.1 y Kv3.3 es crítica en el mantenimiento de una función cerebelosa normal. Por otra parte, se ha visto que ratones sin Kv3.3, pero con Kv3.1, cursan con incoordinación motora (McMahon y cols., 2004, Joho y cols., 2006; Hurlock y cols., 2008), que desaparece tras la expresión de nuevo de Kv3.3 en las neuronas de Purkinje de estos ratones, al igual que ocurre al introducir Kv3.3 en ratones que carecen de los dos alelos de Kv3.3 y un alelo de Kv3.1 (Hurlock y cols., 2008). No obstante, el aprendizaje de habilidades motoras no se ve afectado en los ratones mutantes sin Kv3.3 (Hurlock y cols., 2008). Merece una especial mención el hecho de que la mutación del gen que codifica el canal Kv3.3 es la responsable de la ataxia espinocerebelosa 13 de carácter familiar, caracterizada por un cuadro de ataxia y degeneración cerebelosa de aparición en individuos adultos (Waters y cols., 2006; Waters y Pulst, 2008; Schorge y cols., 2010). La coexpresión en las células granulares de los canales Kv3.1 y Kv3.3, ambos con propiedades biofísicas similares, es asumida como una redundancia functional (Ho y cols., 1997; Sánchez y cols., 2000), ya que los alelos de Kv3.1 y Kv3.3 eliminados genéticamente en una manera dosis-dependiente, causa anormalidades en la plasticidad a corto plazo de la transmisión sináptica de las fibras paralelas con las células de Purkinje, lo cual está unido a la aparición de deficiencias motoras (Matsukawa y cols., 2003). A pesar de los hallazgos que apuntan hacia un papel cofuncional de los canales Kv3.1 y Kv3.3 en las fibras paralelas, no se conoce la localización ultraestructural precisa ni la contribución de cada una de estas subunidades en los compartimentos específicos (terminales sinápticas/ porciones intervaricosas) de los axones de las células granulares (las fibras paralelas), lo que es fundamental en la fisiología sináptica excitadora de las fibras paralelas con las espinas dendríticas de las células de Purkinje. Esta investigación por tanto se ha concebido con el fin de estudiar estas cuestiones en la corteza cerebelosa de la rata, utilizando para ello antisueros específicos frente al canal Kv3.1b y Kv3.3 en combinación con técnicas inmunocitoquímicas de alta resolución para microscopía electrónica. Los resultados de esta Tesis Doctoral han demostrado la presencia de numerosas inmunopartículas que señalan la localización de Kv3.1b y Kv3.3, en membranas de las terminales sinápticas y segmentos intervaricosos de las fibras paralelas. En particular, Kv3.1b está aproximadamente en el 85% de los botones sinápticos, y en cerca del 47% de las porciones intervaricosas de las fibras. Sin embargo, sólo el 28% de las intervaricosidades y un 23% de las terminales sinápticas de las fibras paralelas contienen Kv3.3. Por otro lado, el análisis también revela que las espinas dendríticas de las células de Purkinje son el principal recipiente de Kv3.3 (54%). En conclusión, aunque ambas subunidades de canales de potasio comparten localización en las mismas porciones presinápticas de las fibras paralelas, los resultados de esta Tesis Doctoral indican que el canal de potasio Kv3.1b en la corteza cerebelosa contribuye en gran medida a la construcción de la arquitectura molecular de las fibras paralelas, mientras que Kv3.3 ejerce sobre todo una influencia postsináptica a través de su localización mayoritaria en las espinas dendríticas de las células de Purkinje.