Proceso rápido de plasticidad sináptica homeostática en rebanadas de hipocampo de rata en una solución de registro alta en divalentes.

Abstract

Los procesos de plasticidad sináptica homeostática (PSH) comprenden una serie de mecanismos compensatorios dependientes del grado de actividad de los circuitos neuronales, de manera que perturbaciones que aumenten o disminuyan crónicamente la actividad del circuito son compensadas mediante distintos mecanismos que causan una disminución, o aumento, respectivamente, de la actividad. Estos fenómenos podrían mantener la actividad del circuito dentro de un rango dinámico. Para detectar estos fenómenos de plasticidad, suele requerirse la incubación de las neuronas durante días en agentes farmacológicos que induzcan un aumento o disminución de la actividad, previo a realizar mediciones. No obstante, en nuestro laboratorio fue previamente descrito, en neuronas piramidales de hipocampo de rata, un fenómeno de PSH de rápido desarrollo (horas en lugar de días). Este fenómeno se caracteriza por un aumento en el tiempo de la frecuencia y amplitud de las corrientes excitatorias en miniatura, y se desarrolla espontáneamente durante las 8-12 horas de incubación, sin intervenciones farmacológicas. Para evaluar los mecanismos subyacentes a los cambios en la frecuencia y amplitud se deben realizar distintos experimentos de corrientes evocadas por estimulación presináptica. Sin embargo, los eventos evocados mediante protocolos de estimulación resultan de carácter polifásico e irregular (i.e. corrientes múltiples, seguidas una de otra, sin forma reproducible), lo cual no permite realizar los análisis. Otras evidencias previas indican que el componente regular y monofásico puede ser aislado al utilizar una solución de registro alta en cationes divalentes (Ca2+ y Mg2+). Dado que el uso de dicha solución podría afectar la observación del fenómeno homeostático mismo, en este trabajo se estudiaron, mediante la técnica de voltage-clamp, los efectos que podría tener el uso de esta solución sobre el aumento de la frecuencia y amplitud de los eventos en miniatura. Se determinó la existencia de un proceso homeostático en estas condiciones, observándose un aumento en el tiempo de la frecuencia de los eventos en miniatura, no pudiéndose determinar concluyentemente el aumento en la amplitud. Esta observación valida futuros estudios complementarios de corrientes evocadas en presencia de altos divalentes para investigar posibles mecanismos de expresión del fenómeno.

Homeostatic synaptic plasticity processes comprise a series of compensatory mechanisms that depend on the activity levels of the neuronal circuits, so that perturbations that upregulate or downregulate chronically the activity of the circuit are counterbalanced by different mechanisms that downregulate or upregulate the activity of the circuit, respectively. These processes may allow keeping the activity of neuronal networks in a dynamic range. To detect these plasticity phenomena, it is usually necessary to incubate neurons for a few days in presence of pharmacological agents that either upregulate or downregulate their activity prior to measurements. However, our laboratory has described a homeostatic plasticity process of rapid development (hours instead of days, which is what is usually observed). This phenomenon is observed in pyramidal neurons of rat hippocampus slices incubated for 8-12 hours and is characterized by an increase in time of the frequency and amplitude of miniature excitatory synaptic currents. To evaluate the underlying mechanisms of the changes in frequency and amplitude it is necessary to carry out recordings of evoked currents. However, and in concordance with previous preliminary data from this laboratory, the evoked events in these cells and conditions displayed polyphasic and irregular characteristics, which rendered the analysis unfeasible. However, other evidence suggests that the monophasic, more regular component of the evoked response can be isolated using a recording solution high in divalent cations (Ca2+ and Mg2+). However, the use of this solution could have secondary side effects that alter the measurement of the plasticity phenomenon. Here, the voltage-clamp technique was used to examine whether the increase in frequency and amplitude of the miniature events can be observed in these conditions. The frequency change was observed, but the detection of the amplitude change was not conclusive. These observations validate future studies of evoked currents in high divalent cations to investigate possible mechanisms of expression of the homeostatic phenomenon.