ARTÍCULO
LA ADAPTACIÓN DE LAS CÉLULAS GLIALES: UNA PERSPECTIVA EVOLUTIVA GLIAL CELL ADAPTATION: AN EVOLUTIONARY PERSPECTIVE JORGE E. DUQUE PARRAa, b, c* Y LUKAS TAMAYO ORREGOa, c a Departamento de Ciencias Básicas, Programa de Medicina, Universidad de Caldas, Manizales. * Correspondencia: jduqueparra@yahoo.com.mx. Dirección postal: Cra 9C 7A-48, Manizales. La evolución glial permanece desconocida, aunque este proceso debió requerir adaptaciones al medio interno del sistema nervioso y a necesidades funcionales en el neuroeje de cada especie. Como objetivo se sustenta la hipótesis de la importancia funcional y adaptativa de la glia, fundamentada en la multiplicidad funcional astrocitaria. El número de células gliales aumenta de forma paralela con la complejidad encefálica, debido posiblemente a activación de nuevos genes asociados con la formación de tipos celulares diferentes; este aumento celular se pudo deber principalmente a la expansión de la población astroctaria. Se infiere, por tanto, una gran importancia funcional y adaptativa para la glía, supuesto reforzado por la complejidad funcional astrocitaria. El predominio de un tipo neuroglial u otro depende de las características morfológicas y fisiológicas encefálicas; en cerebros con parénquima más grueso hay predominio astrocitario sobre glía ependimaria. Existe una correlación directa entre expansión de neocorteza y número de astrocitos. La explicación más satisfactoria es que el elevado gasto energético de las neuronas hace necesario incrementar la población astrocitaria, estrategia adaptativa del sistema nervioso esencial para el sustento metabólico del sistema nervioso. En conclusión, la tendencia filogénica hacia la especialización neuronal debió depender de la aparición, aumento y adaptación del número de células gliales, posiblemente debido a la incapacidad de las neuronas para suplir sus necesidades energéticas por sí mismas. La separación funcional inicial debió permitir a las neuronas especializarse más en la neurotransmisión, mientras los astrocitos se adaptaban a las demandas metabólicas de las nuevas funciones neuronales. Palabras clave: adaptación, glia, filogenia. Abstract The predominance of a neuroglial type depends on the encephalic morphological and physiological features; brains with thicker parenchyma have astrocytary predominance over ependimary glia. There is a direct correlation between the expansion of the neocortex and the number of astrocytes. The best explanation for this is that the high energetic cost of the neurons causes an increase in the astrocytary population; which constitutes an adaptive strategy of the nervous system for its metabolic support. In short, the phylogenic tendency towards the neuronal specialization should have depended on the emergence, growth and adaptation of the number of glial cells, it may possibly due to the inability of neurons to supply their energy needs by themselves. The initial functional divergence should had allowed the neurons to specialize more in the neurotransmission, while the astrocytes adapted to the metabolic demands of the new neuronal functions. Key words: adaptation, glia, evolution, ontogeny, phylogeny. Introducción Todas las especies, incluida la humana, cuando se enfrentan con alternativas medioambientales se ven obligadas por la selección natural a adaptarse, mas los organismos que dejan abiertas todas las opciones tienden a desaparecer; así, el exceso de generalización es un error evolutivo y el de excesiva especialización también. Por ello, la naturaleza plantea una especie de dilema a la vida: hallar el equilibrio óptimo para encontrar un camino intermedio entre el exceso de especialización y el exceso de generalización (1). Este dilema se puede extrapolar a la especialización y adaptación de ambientes locales como es el caso del medio interno en el parénquima encefálico, con sus dos únicos tipos celulares: las neuronas y la glia (2). Para asociar estos elementos debemos tener una aproximación evolutiva del entorno; así, después del período Ediacariense se han encontrado tanto algas eucariotas como cianobacterias que secretaban esqueletos regulares de carbonato de calcio sobre sus superficies orgánicas, en respuesta a las circunstancias adversas (3) medioambientales. Se trata de un claro indicativo de que las condiciones medioambientales pudieron ejercer influencia sobre los transductores sensoriales, que a la larga requirieron de mejorar las adaptaciones intracelulares. Por lo tanto, desde épocas tan pretéritas, los seres unicelulares ya eran aptos para sentir el medio y responder a él y, en esta necesidad, se ha situado el origen del sistema nervioso (4). Esta capacidad de adaptación se refinó con la aparición de los metazoarios, hecho que permitió la aparición se sistemas nerviosos más complejos para responder al entorno. A medida que se fueron haciendo más complejos estos sistemas nerviosos, aparecieron diversos tipos celulares, entre ellos las interneuronas y las células gliales, éstas últimas fundamentales en el desarrollo, maduración, migración, reproducción y funcionamiento de las neuronas (5). ]]>
Hay pocas especulaciones de cómo podría haber ocurrido eso millones de años atrás; una posibilidad es que las células gliales surgieron de un eventual resultado de actividad de las neuronas en los invertebrados, mecanismo que proveyó una fuerte retroalimentación sensorial y motora. Para poder reconstruir la historia filogenética -incluida la de la glia- se requiere de una serie de evidencias corroborativas y del análisis de algunos sistemas de caracteres, desde ejemplares de algunos linajes disponibles como exámenes factibles (8), debido a que en general -se exceptúan los endomoldes de Archeopterix litográfica y otras pocas especies del período jurásico-, no hay fósiles de sistemas nerviosos. Así, la evolución y consecuentemente la adaptación celular y de la especie, podría ser deducida por comparación entre grupos taxonómicos diferentes (9). Uno de estos exámenes factibles es el que indica que las células gliales exceden en número a las neuronas, pues su papel en el sistema nervioso requiere de una buena cantidad y de muy buena calidad (5); además, desde la perspectiva filogenética, se sabe que las células gliales incrementan su número, constituyendo el 25%, 65% y 90% de las células del cerebro del invertebrado Drosophila melanogaster y de mamíferos como roedores y el Homo sapiens sapiens respectivamente (10). Este incremento progresivo en el número de células gliales indica que la anatomía básica de la constitución glial ha cambiado significativamente (11), cambios que se deben reflejar en la actividad fisiológica para una efectiva adaptación al medio interno. Los primeros vertebrados terrestres -los primeros tetrápodos que aparecieron en el paleozoico- debieron presentar ya múltiples tipos de células gliales, similares a los que conocemos hoy en día, y que fueron el resultado de la adaptabilidad de las neuronas en los invertebrados. Este es un ejemplo con el que se puede ver que la evolución construye sobre lo que ya había antes, generalmente a base de pequeños pasos (12). En el mismo sentido, la expresión de los genes en el tubo neural está altamente conservada entre los ascidios y embriones de vertebrados, tanto, que el tubo neural de ascidios tiene comparables patrones de expresión de genes con el sistema nervioso central de los vertebrados, lo que implica un patrón básico molecular constitutivo del sistema nervioso de los cordados desde fechas anteriores en la evolución del cerebro (13). Esto se debió, muy posiblemente, a una activación de nuevos genes asociados con la formación de especies celulares diferentes, en este caso de las células gliales. Lo anterior concuerda con que en Drosophila melanogaster, la mutación de un único gen conduce a la agenesia glial y a la sobreproducción de neuronas (10). Sin embargo, establecer un momento en la escala evolutiva en el cual apareció la primera especie con células gliales es difícil. De lo anterior se percibe una adaptación en la escala evolutiva de forma algo primitiva, pero muy diciente del éxito de adoptar este mecanismo por especies "superiores" como los vertebrados. En este sentido, es muy interesante preguntarse ¿cómo las células glíales aumentan la eficacia biológica de los organismos que las portan? La selección natural, con su constante "invención" o "reinvención" de formas y estrategias, ha trabajado a lo largo de millones de años para incrementar las posibilidades de supervivencia de los grupos. El mantenimiento y refinamiento del complejo neurona-glia, que parece haberse mantenido en las diversas especies animales que pueblan la tierra y que se han podido sostener adecuadamente, es, al parecer, una adaptación que aumenta significativamente la eficacia biológica de los organismos que lo llevan. Este sistema necesariamente surgió después de la aparición de los metazoarios y su génesis y consistió en adaptar nuevos grupos celulares a esta maquinaria de especializaciones celulares que simularon un medio externo al interior del organismo -el medio interno-. Es de suponer que en los primeros metazoarios no hubo modificaciones notables entre neuronas y células gliales en el sistema nervioso, pero las diferencias fueron aumentando con el paso del tiempo en la evolución. Lo anterior permite inferir una gran importancia funcional para las células gliales, principalmente en organismos evolutivamente más complejos, permitiendo que las células más excitables del sistema nervioso sobrevivan y desempeñen a cabalidad sus múltiples, importantes y necesarias funciones (5). Considérese entonces ¿cuáles pueden ser las necesidades que hacen imperioso el aumento progresivo en el número de células gliales a medida que aumenta el tamaño cerebral? Ontogenia Tanto las neuronas como la macroglía (astrocitos, oligodendrocitos y ependimocitos) provienen de las células del neuro-ectodermo del tubo neural (5,14). Hay evidencia de que la zona ventricular de primates humanos y no humanos presenta dos poblaciones de células madre, una glial y otra neuronal. A partir de la zona ventricular, estos tipos celulares migran de forma excéntrica hacia la parte periférica del tubo neural (15). Se trata de la glía radial (GR) la cual sirve de guía para la migración de neuronas y células gliales jóvenes (16), pero no se sabe cuál es el destino de estas células una vez han cumplido su función. Algunas investigaciones demuestran que una parte de la GR se transforma en astrocitos, otra en oligodendrocitos y otra muere por apoptosis (17,18). La desaparición de la GR se correlaciona con la emergencia de astrocitos en algunas regiones encefálicas, hecho que sugiere que la GR es filogenéticamente más antigua que la glía no ependimaria (astrocitos en aves y mamíferos). Por ejemplo, la glía de Bergmann en el cerebelo y la glía de Müller en la retina, son consideradas morfológica y funcionalmente como astrocitos especializados provenientes de la GR (19,20). Se piensa que las necesidades funcionales específicas de cada especie son los factores fundamentales que llevan a la GR a transformarse o a permanecer en la vida adulta. ¿Es posible que la tendencia de la GR a la transformación que puede observarse en la ontogenia se aplique a procesos filogenéticos? y ¿qué factores se correlacionan con una elevada población astrocitaria? ]]>
Recibido: Noviembre 9 de 2006. Aceptado: Noviembre 27 de 2006.
b Departamento de Ciencias Básicas Biológicas. Universidad Autónoma de Manizales, Manizales.
c Grupo Neurociencia de Caldas, Manizales.
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Resumen
Algunos autores sugieren que las necesidades funcionales de los sistemas nerviosos determinan la arquitectura celular y la distribución de las poblaciones celulares. En organismos con paredes cerebrales gruesas y ventrículos pequeños como aves y mamíferos, predominan las células no ependimarias sobre la glía radial (21). Adicionalmente, la arquitectura capilar está dispuesta en redes. En cambio, en organismos como las lampreas (Lampetra sp), con paredes cerebrales delgadas, ventrículos grandes y capilares en forma de loops, predomina la glía radial sobre la no ependimaria. Esto ha llevado a la concepción de que las células no ependimarias se derivan evolutivamente de la glía radial, como ocurre durante los procesos ontogénicos (17). No obstante, en los Myxinoidea, organismos más antiguos que las lampreas con cerebros de características similares a los mamíferos, predomina la glía no ependimaria. Esto quiere decir que el predominio de cierto tipo de célula glial en el encéfalo no está determinado por el orden de aparición de la especie en la escala evolutiva, sino, por la macro-arquitectura encefálica. Si a grandes rasgos, el tamaño del SNC está determinado por las necesidades impuestas por el medio ambiente (22), se puede inferir que el predominio de determinado tipo neuroglíal depende del medio ambiente.
Pero, ¿qué hace necesario que en los cerebros con paredes cerebrales gruesas predomine la glía no ependimaria?. El Homo sapiens sapiens por ejemplo, contiene el mayor número de astrocitos con respecto a la población neuronal en la escala filogenética. Estas mediciones se expresan como la razón glía-neurona y los valores más altos se encuentran entre los primates y homínidos, siendo la relación más alta la encontrada en la corteza pre-frontal del ser humano (23). Se cree que el origen de esto radica en el elevado consumo energético de la corteza cerebral de las especias mencionadas (24). Este aspecto es concordante con el hecho de que los astrocitos responden a factores tróficos y a neurotransmisores asociados a la actividad neuronal (25,26) y a que hacen de interfaz entre los capilares cerebrales (suministro energético) y las neuronas (5,27); por ello, la densidad glial da un indicativo de la demanda metabólica neuronal. Por tanto, el incremento en el número de células gliales se correlaciona directamente con el aumento de tamaño de la corteza cerebral. Este incremento se produce a expensas de los astrocitos y tiene implicaciones eminentemente energéticas.
Conclusiones
Theodosius Dobzhansky, uno de los autores de la síntesis neo-darwiniana del primer tercio del siglo pasado, anotó que la "evolución es un cambio de la composición genética de las poblaciones" (28); de manera análoga para la adaptación, ésta es un cambio de la composición molecular de las células que no varía en una especie pues el medio interno es constante, por lo tanto, sólo se verifica con el paso de muchas generaciones y ello es sustancial con la evolución.
Referencias
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