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.