Neuronas y Sistema Inmune

1. Neuronas y Sistema Inmune Bert Rivera Marchand, PhD Universidad Interamericana de Puerto Rico Recinto de Bayamón Departamento de Ciencias Naturales y Matemáticas

2. Sistema Nervioso • Función: Control y Comunicación • Partes: • Sistema Nervioso Central: Cerebro, Cerebelo Médula Espinal • Sistema Nervioso Periferal: Nervios craneales y espinales

3. 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

4. Origen de las Neuronas • Se originan de neuroblastos • Estos migran • Luego de llegar a su destino cambian su forma

5. 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

7. 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

8. 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

10. Sinapsis • Unión de terminales de axones y dendritas • Terminales de axones liberan neurotransmisores por medio de exocitosis • moléculas pequeñas (Ej. Acetilcolina; glutamato) • Estos se unen a receptores en las dendritas de la otra neurona • 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

11. 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

12. 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

13. 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

15. 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

17. 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

19. 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

22. 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

23. 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

24. 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)

25. 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

26. 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

27. Memorias Creadas por numero y fuerza de sinapsis

28. Sistema Inmune

29. Defensas contra Patógenos

30. 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

32. 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

33. Respuesta Inmune: Barreras • Barreras • Físicas- células del epitelio, piel, exoesqueleto • Químicas- pH, enzimas (ej. ojos), secreciones gástricas

34. 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

35. 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

36. 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

37. 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

39. 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

40. 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

41. 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

43. 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

46. 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

47. Inmunidad Adaptativa • El rearreglode 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

48. 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

49. 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)