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Seminário de Eletrofisiologia

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De maneira reduzida: Redes neuronais são compostas por neurônios principais glutamatérgicos e interneurônios GABAérgicos.
80-90% dos neurônios corticais = glutamatérgicos;
10-20% dos neurônios corticais = GABAérgicos;
Apesar de minoria os neurônios GABAérgicos controlam a atividade dos neurônios principais por todo cérebro. 
Os interneurônios possuem uma enorme diversidade estrutural e funcional. 
21 classes diferentes de neurônios chegarem a ser descritos no hipocampo.
Os interneurônios podem ser divididos com base em 3 critérios:
Propriedades morfológicas
Marcadores moleculares (Ex: Somatostatina, Parvalbumina, etc…)
Características funcionais (Ex: fenótipo do Potencial de ação)
Neurônios principais glutamatérgicos (geralmente são excitatórios) e gabaérgicos normalmente inibitórios.
O interneurônio fast-spiking, parvalbumina positivo (PV+ interneuron) é um modelo de estudo dentro de tanta diversidade.
2,6% da população total de neurônios;
		
Figura que mostra a grande diversidade de interneurônios.
O destaque do artigo é para os neuronios 1 (axo axonico) e 2, e principalmente para o 2 (Basket cell). Ambos são interneuronios gabaérgicos de PV+
A expressão seletiva de Parvalbumina torna possível detectar os neurônios com imunofluorescência;
A curta duração e a alta frequência de PAs torna fácil de identificar esses neurônios;
Vantagens de estudar os PV+ como modelo para interneuronios:
	Facilidade em detectar com imunofluorescência;
	Fenótipo fácil de identificar do Potencial de Ação
A alta seletividade do promotor do gene da Parvalbumina pode ser utilizada para marcar essas células;
Continuação das vantagens:
	O promotor da Parvalbumina é fortemente ativo apenas nessas células PV+, assim é possível marcar essas células com proteínas fluorescentes sobre controle do promotor do gene da Parvalbumina e também expressar canais de optogenética sob ação desses promotores. 
Propriedades morfológicas 
O PV+ interneurônios tem múltiplos dendritos que cruzam as camadas do cérebro o que permite que os interneurônios recebam informações de várias vias aferentes diferentes, como vias de feedforward e feedback;
Os dendritos são longos e de são densamente cobertos de sinapse;
Os interneurônios PV+ recebem entrada excitatória convergente dos neurônios principais e entrada inibitória principalmente de outros interneurônios PV+;
Os axônios são intensamente ramificados;
Permitem gerar muitos outputs inibitórios
Nas basket-cells os axônios formam arranjos ao redor do soma da célula principal.
Nas axo-axônicas o axônio acompanha o segmento inicial do axônio da célula principal. 
As imagens ilustram melhor o que diz o texto.
A fisiologia subcelular - Dendritos 
Potenciais de ação retro-propagam para o dendritos de maneira gradual;
PA’s dendríticos não podem ser iniciados, nem por injeção de corrente dendrítica nem por estimulação sináptica; 
A retro-propagação dos PA nos dendritos é gradual, diferentemente dos neurônios piramidais onde essa retro-propagação muitas vezes é ativa, por causa da presença grande de canais de Na+ dependente de voltagem. 
Os PV+ interneurons não formam PA nos dendritos (exceto quando há uma liberação anormal de glutamato em sinapse), normalmente ocorre apenas despolarizações pós-sinaptícas excitatórias que se propagam abaixo do limiar, e eventualmente podem se somar no Soma e gerar uma PA. (Isso é diferente para os neurônios piramidais que formam PA nos dendritos).
Os dendritos dos interneurônios PV + contêm apenas uma baixa densidade de canais Na+ dependentes de voltagem;
Os dendritos dos interneurônios do hipocampo PV+ contêm uma alta densidade de Canais K + (Kv3);
Os dendritos dos PV+ interneurons possuem mais canais de K+ do que de Na+ (nos neuronios piramidais é o contrário).
Esses canais são em sua maioria Kv3 (que possuem uma cinética rápida de ativação e desativação, e que ativam bem próximos ao limiar), sendo assim os dendritos possuem uma alta taxa de resolução temporal, pois somatórios de ESPS temporais não são tão eficazes. Apesar disso, EPSP distribuídos pelos dendritos são sensíveis a se somar e gerar uma PA no soma. 
A fisiologia subcelular - Axônios 
Potenciais de ação são iniciados muito próximos do soma;
A velocidade de propagação do PA é bem alta, considerando um axônio desmielinizado e fino;
A densidade de canais de Na+ aumenta do soma até as porções mais distais do axônio;
O axônio contém canais de K+ com ação similar aos dos dendritos (Kv3, porém possui também Kv1)
Os axônios possuem PA iniciando próximo ao soma (nos neurônios piramidais geralmente é um pouco mais longe do soma). 
A velocidade de propagação da PA é incomumente alta para as condições de finura e desmielinização, se comparado com o neurônio piramidal nas mesmas condições, esse seria bem mais lento. 
O axônio também possui Kv3, que repolarizam os PA rapidamente tornando esse mais rápidos. Os PAs mais rápidos e uma cinética mais rápida permite uma maior frequência de PAs (fast spiking).
Os Kv1 possuem baixa ativação no limiar e uma cinética lenta, sendo assim eles são mais ativáveis próximos ao soma, quando há pulsos contínuos de despolarização. Ai eles tendem a repolarizar a célula, no mais em pulsos rápidos, eles não costumam ser ativados. 
Imagens que descrevem os tópicos do slide passado. 
Fig A: Mostra que os PAs se originam próximos do soma, (mesmo com injeção de corrente no soma, a PA do axônio dispara antes do soma). Quando aumenta a distância, aumenta o delay para o PA. 
Fig B: Mostra o aumento de densidade de canais de Na+ ao longo do axônio. 
Os PV+ interneurônios são especializados na rápida sinalização: 
Presença de canais de Ca++ com rápido mecanismo de gating;
Cinética rápida do sensor de liberação (sinaptotagmina 2);
Os PV+ possuem Ca++ com mecanismos de gating rápido. Isso permite o encurtarmento do delay sináptico e uma maior precisão temporal. 
Os PV+ possuem a sinaptotagmina 2 (os neurônios principais normalmente possuem a sinaptotagmina 1), essa atua com uma cinética rápida de ligação a Ca++, e assim colabora para uma rápida sinalização sináptica. (Imagem ilustrativa da Sinaptotagmina, não tá no artigo).
Acoplamento justo entre os poucos canais de Ca++ e os sítios de liberação de vesículas;
A Parvalbumina atua “sequestrando” o Ca++, porém sua cinética é lenta;
Fig C: Mostra o acoplamento justo que há entre os canais de Ca++ e o sítio de liberação de vesícula. Quando usado o quelante de Ca++ rápido (BAPTA), esse se liga ao Ca++ assim que ele entra na célula e torna ele menos disponível para gerar IPSC. Quando o quelante de Ca++ lento, ele demora para se ligar, sendo assim o Ca++ entra e já liga rapidamente no complexo de liberação que está próximo. 
Quanto maior a distância do complexo de liberação, maior é a duração da taxa de liberação de vesículas e maior é o delay sináptico. 
Fig D: A Parvalbumina é uma proteína que liga-se a Ca++ de forma lenta (atua de maneira similar ao EGTA), sendo assim, quando ela está em altas concentrações, ela sequestra o Ca++ e torna esse menos disponível para o complexo de liberação de vesículas. Assim o IPSP diminui. 
A concentração de Parvalbumina consegue ser regulada em diferentes situações e em diferentes tipos de interneurônios PV+. 
O papel dos interneurônios PV + nos microcircuitos: além da simples inibição
No hipocampo CA1 a inibição feedforward estimulada por CA3 é mediada por neurônios inibitórios perissomáticos, foi revelado experimentalmente uma distância-dependência.
 E essa inibição é é feita por fast-spiking PV+ cells, porque esses neurônios disparam mais facilmente do que os neuronios piramidais 
Neurônio principal
 As duas setinhas pretas são os neurônio input esse input chega excitatório na célula princial lá em cima, e chega no interneurônio PV e o interneurônio faz a sinapse inibitória no neurônio principal é a via feedforward 
Fig. 4. O papel dos interneurônios PV + nos micro-inibidores circuitos feedforward (B) Curso detempo da inibição de avanço disináptico no CA1 do hipocampo. Traços indicam sinal de controle (EPSC monossináptico e IPSC disináptico), EPSC isolado farmacológicamente. Note a latência curta dos IPSCs sinápticos (inserção). O asterisco indica atraso.
EPSC isolado
Os outros traços significam que o interneuronio perdeu suas propriedades e apresentou latencia, foi revelado experimentalmente uma distância-dependência.
A inativação de CA1 é mediada por fast-spiking neurons
(C) Ativação de neurônios piramidais (topo). fast-spiking interneurons. (centro) e spiking interneurons (inferior) durante inibição feedforward. 
Porque o tempo para criar uma potencial de ação é menor do que os outros 
Os neuronônios PV+ também estão envolvidos no feedback de inibição lateral e recorrente.
Fig. 5. O papel dos interneurônios PV + nos microcircuitos inibidores de realimentação. (A) Ilustração esquemática do microcircuito inibidor de realimentação. (Superior) inibição de corrente; inibição lateral (inferior).
Na inibição de feedback (recorrente e lateral), axônios glutamatérgicos aferentes ativam células principais, que ativam interneurônios em série 
Inibição recorrente: a proporção de células principais que fornecem excitação e recebem inibição de um determinado interneurônio PV +. 
inibição lateral: é a proporção de células principais que não fornecem excitação, mas recebem inibição de um determinado PV + interneurônio
C) Feedback de inibição no córtex entorrinal (EC). Gravação simultânea de um fast-spiking e três células estreladas de camada dois. (Esquerda)
Potencial de ação fenotípica dos quatro neurônios. (Centro) Potenciais de ação em um EPSPs evocados por células estreladas no PV + interneurônio (direita)
Os principais fatores do interneurônio evocaram IPSPs nas três células estreladas (Início) No topo, há Ilustração da conectividade (círculo, PV + interneurônio; hexágonos, células estreladas). 
Fig. 5. O papel dos interneurônios PV + nos microcircuitos inibidores de realimentação (D) Inibição recorrente no CA1 do hipocampo (Top) Ilustração esquemática do procedimento de estimulação. (Inferior) Traços que ilustram IPSPs gravados simultaneamente no axônio e no dendrito de um neurônio piramidal CA1. A inclinação é mais alta no local de gravação axonica versus dendrítica (inserção), indicando que a inibição é gerada ao redor dos corpos dos neurônios
Eles botaram pra gravar nos dentritos e axonios e o Gabaergico interneuronio fica antre eles, ai estimularam, e viram q a inclunação é mais alta quando eles se encontram, o que sugere que a inibiçao é gerada ao redor do corpos dos neuronios 
Atividade dos interonios in vivo
Quão específico os tipos de interneurônios moldam questão como comportamento animal? 
R: interferir com a atividade dos interneurônios PV + in vivo e examinar as consequências comportamentais em animais acordados
Atividade dos interonios in vivo
Quão específico os tipos de interneurônios moldam questão como comportamento animal? interferindo com a atividade dos interneurônios PV + in vivo e examinar as consequências comportamentais em animais acordados
R: interferir com a atividade dos interneurônios PV + in vivo e examinar as consequências comportamentais em animais acordados
Fig. 6. O papel dos interneurônios PV + no comportamento de animal complexo. (A) Atividade de interneurônios PV+ na região CA1 do hipocampo de ratos em movimento livre. No traço superior disparo de um interneurônio PV+ durante ondas agitadas, potencial de campo local (filtrado 130-230 Hz); menor traço, atividade unitária de um interneurônio PV+. Asteriscos indicam ondulações. (Inferior) Gráfico de barras de resumo indicando a frequência média do potencial de ação. 
As atividades de pv inter mudam substancialmente durante as oscilações theta, gama,. Na falta deles a frquencia do potencial de ação é baixa
(B) Disparo espacial de interneurônios PV + e neurônios.principais (Superior) 
As células de cores quentes indicam alta freqüência de potencial de ação. Os interneurônios PV + (PV + INs) possuem campos espaciais mais amplos que os neurônios principais (PNs).
Falar porem dps
(C) Seletividade de orientação (esquerda) e sensibilidade ao contraste (direita) dos neurônios piramidais da camada dois e três no córtex visual primário. Gráficos superiores, PV + interneurônio; gráficos de fundo, neurônio principal. Observe a ampla especificidade da orientação e a sensibilidade superficial ao contraste dos interneurônios PV + em comparação com os neurônios piramidais. V1, córtex visual primário; OSI, índice de seletividade de orientação. Barras de erro indicam SEM.
Os inter apresentam espeficidade de constraste mais fraca que os N- piramidais
Papel dos interneurônios nas doenças neurológicas/psiquiátricas 
epilepsia , depressão, alzheimer, autismo
O gene é expresso seletivamente em células PV + e o fenótipo pode ser replicado por doença restrita expressão gênica em interneurônios PV +
canal axonal NaV1
Receptor tirosina quinase no fator de crescimento epidérmico 4 - uma proteína expressa seletivamente em PV + interneurônios de várias regiões cerebrais
O na é epilepsia 
Receptor é esquizofrenia 
Obrigado!

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