Sinapsis eléctricas: las grandes olvidadas

José Carlos Dávila y Mª Angeles Real

Hablar de sinapsis nos lleva de inmediato a pensar en el sistema nervioso y, también casi de inmediato, a pensar en esas estructuras complejas en donde existe una porción presináptica, con vesículas cargadas de neurotransmisor, separada por un pequeño espacio de una parte postsináptica, con receptores que unen a los neurotransmisores. Estamos hablando efectivamente de sinapsis, pero de un tipo denominado sinapsis química (la figura 1 muestra una imagen típica de sinapsis química a microscopía electrónica de transmisión). Se piensa que las sinapsis químicas constituyen, con diferencia, el tipo principal de forma de comunicación entre neuronas (y también entre éstas y otras células como las células musculares), especialmente en el sistema nervioso de mamíferos, aunque desde hace tiempo se conoce la existencia de otro tipo de sinapsis, las denominadas sinapsis eléctricas. Estas últimas son mucho más difíciles de reconocer ultraestructuralmente y son más abundantes en el sistema nervioso de invertebrados, aunque también han sido descritas en vertebrados.

El sustrato anatómico de las sinapsis eléctricas son las denominadas uniones en hendidura, "gap junctions" o uniones comunicantes (la figura 2 muestra el aspecto ultraestructural de las uniones en hendidura entre células gliales adyacentes). Este tipo de uniones se encuentra en casi todos los tejidos animales, siendo especialmente notable en el tejido muscular y en el epitelial, aunque se reserva el término de sinapsis eléctrica a las uniones interneuronales.

Las uniones en hendidura son regiones especializadas de membrana, compuestas por agregados de canales transmembrana que conectan directamente el citoplasma de células adyacentes. Cada canal intercelular está formado por la conjunción de dos hemicanales, denominados conexones, que están formados por el ensamblado de seis proteínas llamadas conexinas. Las conexinas están codificadas por una gran familia multigénica (se estima que existen en mamíferos unos 20 miembros diferentes de esta familia). Cada conexón puede tener un solo tipo de conexina (homomérico) o múltiples conexinas (heteromérico). Se supone que la apertura del poro del canal se produce por el desplazamiento de unas conexinas con respecto a las otras, de manera semejante a como ocurre con el diafragma de una cámara fotográfica.

Los canales intercelulares que forman las sinapsis eléctricas permiten el flujo bidireccional de pequeñas moléculas (básicamente iones) entre ambas células, proporcionando una vía de baja resistencia al paso de la corriente eléctrica entre las dos células. Dicho en otras palabras, la despolarización de la membrana de una neurona puede transmitirse ‘directamente’ a una neurona vecina a través de las sinapsis eléctricas.

Desde el punto de vista funcional, la comunicación interneuronal a través de las sinapsis eléctricas difiere marcadamente de la comunicación a través de las sinapsis químicas. La principal diferencia estriba en la velocidad. Mientras que en las últimas existe un retraso sináptico, tiempo que transcurre desde que el potencial de acción alcanza el terminal presináptico hasta que se libera el neurotransmisor y éste interactúa con el receptor produciendo la respuesta en la célula postsináptica (unos pocos milisegundos), en las sinapsis eléctricas este retraso es prácticamente nulo. Esta alta velocidad en la comunicación intercelular permite el acoplamiento funcional simultáneo (sincronización) de redes de neuronas que estén unidas por sinapsis eléctricas.

Otra importante diferencia entre las sinapsis eléctricas y las químicas es su regulación. El complicado proceso que conduce a la liberación y unión del neurotransmisor con el receptor en las sinapsis químicas (que de una forma resumida incluiría al menos los siguientes pasos: llegada del potencial de acción al terminal presináptico, apertura de canales de calcio dependientes de voltaje, incremento del calcio intracelular, fusión de las vesículas sinápticas con la membrana presináptica, exocitosis del neurotransmisor, unión de éste con los receptores postsinápticos y, en el caso más simple, apertura de canales iónicos en la membrana postsináptica) está sujeto a numerosos puntos de control. Cualquiera de los procesos mencionados puede ser regulado o modificado, lo cual puede conducir a una mayor o menor liberación del neurotransmisor en determinadas circunstancias. Igualmente, las sinapsis químicas pueden ser muy variadas, ya que no solamente puede variar el mediador químico liberado, el neurotransmisor, sino que también pueden existir diferentes receptores para un mismo neurotransmisor, con lo que las acciones sinápticas en las sinapsis químicas pueden ser muy complejas.

Todo ello contrasta con la aparente simplicidad de las sinapsis eléctricas, donde los canales intercelulares parecen permitir el flujo bidireccional de iones y moléculas pequeñas en casi cualquier situación. Si bien es cierto que las sinapsis químicas son más ‘plásticas’ que las eléctricas, también es cierto que estas últimas no son meramente puentes intercelulares siempre abiertos. Así, por ejemplo, la mayoría de los canales intercelulares que forman las sinapsis eléctricas son dependientes de voltaje, lo que es lo mismo que decir que su conductancia (o, a la inversa, su resistencia al paso de la corriente eléctrica) varía según la diferencia de potencial a ambos lados de las membranas que forman parte de la unión. En algunas uniones especializadas, esta ‘sensibilidad’ al voltaje de los canales permite conducir las corrientes despolarizantes en una sola dirección (se habla entonces de sinapsis eléctricas rectificantes).

También, la mayoría de los canales comunicantes se cierran como respuesta a una disminución del pH intracelular o a una elevación del calcio citoplasmático. Se piensa que estas propiedades tienen un cierto carácter protector desacoplando a las células lesionadas de las otras células, ya que en las primeras se producen incrementos importantes de calcio y protones citoplásmáticos que podrían afectar a las células adyacentes si atravesaran los canales comunicantes.

¿Qué papel desempeñan las sinapsis eléctricas en el funcionamiento del cerebro? A pesar de que las sinapsis eléctricas fueron descritas hace más de 30 años en el cerebro de mamíferos, su importancia ha estado ensombrecida por razones variadas. Las dificultades técnicas para estudiar su distribución y función en el tejido nervioso se sumaban al impresionante número de estudios dedicados a su ‘hermana mayor’, la sinapsis química. Ésta, mayoritaria en el cerebro, acaparaba todas las atenciones, dejando relegada a un segundo plano a las sinapsis eléctricas.

Una serie de trabajos recientes usando técnicas inmunocitoquímicas para la localización de las proteínas que forman los canales comunicantes (conexinas), así como técnicas de registro intracelular de células emparejadas, ha permitido conocer mejor la distribución y funciones de las sinapsis eléctricas, devolviendo así el protagonismo a esas grandes olvidadas. Además de su papel bien demostrado durante el desarrollo embrionario del sistema nervioso central, permitiendo el acoplamiento funcional de las neuronas, su presencia en numerosas regiones del cerebro adulto, como son el tálamo dorsal, estriado, cerebelo, corteza cerebral o hipocampo, sugiere que también desempeñan un papel importante en la fisiología del cerebro después del desarrollo. Gran parte de estos trabajos han demostrado la presencia de sinapsis eléctricas entre redes de interneuronas GABAérgicas (recordemos que el GABA es el principal neurotransmisor inhibidor en el cerebro). Se cree que estas redes de interneuronas GABAérgicas, interconectadas por sinapsis eléctricas, están implicadas en la generación de actividades oscilatorias en regiones como el hipocampo o la corteza cerebral. Ya que una sola interneurona inhibidora puede inervar cientos de neuronas excitadoras (al menos en el hipocampo), la activación de estas redes podría producir la inhibición simultánea de numerosas neuronas, causando ritmos sincronizados en una gran población neuronal. Estas actividades rítmicas podrían jugar un papel importante en la formación de las memorias, en la cognición y en otras funciones nerviosas superiores.

José Carlos Dávila es Profesor Titular de Biología Celular en la UMA. Mª Angeles Real es investigadora contratada en la UMA.