Acta Histochemica et Cytochemica, 2006; 39(6): 145-153 (más artículos en esta revista)

Células intersticiales de Cajal están implicados en la neurotransmisión en el tracto gastrointestinal

Sociedad Japonesa de Histoquímica y Citoquímica
Satoshi Iino [1], Kazuhide Horiguchi [1]
[1] Departamento de Anatomía, Facultad de Ciencias Médicas, Universidad de Fukui, Eiheiji, Fukui 910-1193, Japón

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Resumen

Células intersticiales de Cajal (ICC) son importantes las células que coordinan la motilidad gastrointestinal. CPI expresar Kit receptor tirosina quinasa, y Kit inmunohistoquímica CPI revela la morfología y distribución en la musculatura gastrointestinal. CPI muestran una morfología muy ramificada y las redes de forma única. Myenteric Corte Penal Internacional (CPI-MI) se encuentran en la capa de la myenteric plexo y servir como los marcapasos eléctricos. Vía intramuscular Corte Penal Internacional (CPI-IM) y la Corte Penal Internacional en el plexo muscular profunda (ICC-DMP) se distribuyen dentro de las capas musculares, y están densamente inervadas por excitatorios e inhibitorios motor neuronas entéricas y en estrecho contacto con las terminales nerviosas. Recientes estudios morfológicos combinados con técnicas y funcionales directamente reveló que la CPI-IM y CPI-DMP son mediadores de la neurotransmisión entéricas motor. Estos tipos de CPI expresar receptores para varios neurotransmisores como la acetilcolina y la sustancia P y mostrar respuestas a estímulos nerviosos excitatorios. Corte Penal Internacional también expresa receptivo mecanismos de óxido nítrico, que es un neurotransmisor inhibitorio en el tracto gastrointestinal. Ellos pueden responder a estimulación del nervio nitrergic de GMP cíclico de la producción. Kit de ratones mutantes falta CPI-IM y muestran atenuadas postsináptica respuestas después de la estimulación del nervio intrínseco. Estos resultados indican la importancia de que la CPI en la neurotransmisión en el tracto gastrointestinal.

I. Introducción

La musculatura del tracto gastrointestinal está organizada en dos niveles separados por una red neuronal conocida como Auerbach myenteric del plexo. En la capa exterior, las células musculares lisas se disponen a lo largo de la segmentos intestinales (longitudinal del músculo), mientras que en la capa interna, células musculares lisas están dispuestos transversalmente a la longitud del intestino (circular de músculo), estos son los elementos básicos que participan en la motilidad gastrointestinal. Varios mecanismos de control cooperarán en la regulación del tránsito normal de contenido a través del tracto gastrointestinal, llevada a cabo por los patrones organizados de la contracción de la musculatura gastrointestinal. El sistema nervioso central, sistema nervioso entérico y los sistemas de control dentro de la musculatura que se activan por la distensión o estímulos químicos y la influencia de tránsito. Estos sistemas de control no actúan independientemente, sino que están estrechamente entrelazados. Estudios recientes han puesto de relieve que la células intersticiales de Cajal (ICC) son los más importantes células de coordinación de la motilidad gastrointestinal, como los marcapasos y como intermediarios entre los nervios y células musculares lisas [33, 35].

CPI muestran una morfología muy ramificada y formar redes asociadas con el sistema nervioso entérico en la musculatura gastrointestinal. En general, la CCI se puede dividir en dos grupos de sus funciones [13, 33]. En la mayoría de las regiones del tracto gastrointestinal, una capa delgada de la Corte Penal Internacional constituye una red de células situadas en la región myenteric, que actúan como marcapasos. Eléctrica de grabaciones gastrointestinal musculatura rítmica espontánea revelan oscilaciones en el potencial de membrana, que se llaman "ondas lentas". Ahora, la CCI se sabe que las células marcapasos, que son la fuente de ondas lentas [14, 36, 42]. Este tipo de CPI también regula la propagación de ondas lentas de marcapasos Corte Penal Internacional a las células musculares lisas [15]. El segundo grupo de la Corte Penal Internacional tiene una ubicación intramuscular con cada uno de CPI está distribuyendo entre las células musculares lisas y actúa como mediadores de la neurotransmisión [14, 53, 54]. Aunque los estudios morfológicos clásicos propuso este papel, estudios recientes han mostrado pruebas funcionales sobre el papel de la Corte Penal Internacional como mediadores de la neurotransmisión.

II. Clasificación y Distribución de la Corte Penal Internacional (Fig. 1]

CPI expresar Kit receptor tirosina quinasa, que es un producto del gen KIT de laboratorio en animales y seres humanos [4, 27]. La ubicación de los diferentes tipos de la Corte Penal Internacional y sus características morfológicas Kit obtenidos por inmunohistoquímica se muestran en la Figura 1. Microscopio de electrones estudios han puesto de manifiesto las caracterizaciones ultraestructurales de la Corte Penal Internacional, como numerosas mitocondrias, abundantes filamentos intermedios y los cruces brecha (Fig. 2] [13, 23, 24]. Inmunohistoquímico y ultraestructural los estudios que utilizan los pequeños animales de laboratorio como ratones, ratas y cobayos Corte Penal Internacional han puesto de manifiesto las características y la distribución de la siguiente manera.

1. ICC-MI (CPI-MP, ICC-AP): Corte Penal Internacional a la capa de la myenteric plexo (plexo de Auerbach)

ICC-MI se encuentran en el espacio intermuscular entre la circular y las capas musculares longitudinales a lo largo del estómago, intestino delgado e intestino grueso. CPI-MY tienen una forma multipolar con varios procesos que citoplásmica proyecto unos procesos de ramificación, forma y diferencia los cruces entre sí. Aunque la Corte Penal Internacional-MY formar una red independiente de la myenteric plexo en el espacio de la myenteric capa, una red celular de la Corte Penal Internacional-MY rodea la myenteric los ganglios y la conexión de las líneas de myenteric plexo. ICC-MI son las células marcapasos en el estómago y el intestino delgado que generan ondas lentas en la musculatura [15, 35, 42].

2. ICC-IM (ICC-CM, ICC-LM): a la Corte Penal Internacional intramusculature en la circular y las capas musculares longitudinales

CPI-IM se distribuyen dentro de las capas musculares del esófago, estómago y el intestino grueso. CPI-IM tienen una forma bipolar con unos procesos de ramificación. Sus ejes están orientados en paralelo a las fibras musculares en la circular y la longitudinal capas. CPI-IM han brecha cruces entre sí o con células musculares lisas. Ellos hacen una gruesa red en la capa muscular y asociarse con las fibras nerviosas y terminales. CPI-IM de preferencia son inervadas por los nervios entéricos motor y actúan como mediadores de la neurotransmisión [14, 53, 54]. Una descripción completa se presenta a continuación.

3. DMP-CPI: Corte Penal Internacional en las profundidades del plexo capa muscular del intestino delgado

ICC-DMP están presentes en el intestino delgado, y se distribuirá entre el interior y exterior de la capa circular de músculo a nivel del plexo muscular profunda (DMP). ICC-DMP multipolar son las células delgadas con los procesos a lo largo de las fibras nerviosas en DMP. ICC-DMP tienen bien desarrollados brecha cruces entre sí o con células musculares lisas. Aunque ICC-DMP hacer una fina red en el estrecho espacio de la capa de DMP, los que están en el duodeno proximal hacer una tridimensionales complejas con las fibras nerviosas [18]. ICC-DMP reciben inervación preferenciales y las recientes observaciones revelaron ICC-DMP como uno de la Corte Penal Internacional-IM [55].

4. ICC-SM (ICC-SMP): Corte Penal Internacional en la submucosa superficial de la capa circular de músculo

ICC-SM se distribuye a lo largo de la submucosa superficial de la capa circular de músculo del antro gástrico y el de colon. Estas células tienen una forma multipolar con varios procesos y formar su propia red. ICC-SM han brecha cruces entre sí o con células musculares lisas, y se cree que las células marcapasos en el colon [30, 35, 42].

5. CPI-SS: Corte Penal Internacional en la capa subserosal

CPI-SS se distribuyen en la capa subserosal del colon [44, 45]. Estas células tienen una forma multipolar con varios procesos y formar su propia red. La función de estas células es oscura.

III. Estructurales Relación entre la CPI y los nervios

Como se mencionó anteriormente, la CCI se distribuyen cerca de los nervios elementos. Ultraestructurales Numerosos estudios han demostrado que las neuronas entéricas motor están estrechamente asociadas con ambos CPI-IM y CPI-DMP (Figs. 2, 3]. En el estómago, los nervios terminales que contienen numerosas pequeñas vesículas claras y gran densidad de vesículas corazón a menudo están en contacto con la Corte Penal Internacional-IM. El estrecho contacto entre las zonas terminales nerviosas y CPI-IM a menudo carecen de lámina basal y mostrar 20 nm o menos espacio. Hay especializados membrana celular diferenciaciones similares a la zona activa de la membrana presináptica y la postsináptica densidad de la membrana postsináptica [1, 2, 16, 28, 47]. ICC-DMP muestran también un estrecho contacto con las terminales nerviosas que contienen vesículas sinápticas acumulado [37].

Doble etiquetado inmunohistoquímica de anticuerpos contra el Kit y los anticuerpos contra la acetilcolina transportador vesicular (VAChT), sustancia P, o el óxido nítrico sintasa (NOS) se han utilizado para analizar la interacción entre la CPI y neuronas motoras. Los principales transmisores excitatorios de las motoneuronas que innervate circular y longitudinal músculos son la acetilcolina y tachykinins. Por lo tanto, la mayoría de los nervios entéricos excitatorios son detectados por VAChT y la sustancia P inmunoreactividad [11]. Las fibras nerviosas con VAChT y la sustancia P están estrechamente relacionados con la célula de los órganos y procesos de la Corte Penal Internacional-IM en el estómago (Fig. 3] [1, 16, 39, 47, 52]. En el intestino delgado, ICC-DMP están fuertemente asociados con las fibras nerviosas que contienen VAChT y la sustancia P (Fig. 3] [7, 19, 25, 47]. Neuronas inhibitorias tienen múltiples transmisores, incluyendo óxido nítrico (NO), polipéptido intestinal vasoactivo (VIP) y la adenosina trifosfato (ATP). Muchas neuronas inhibitorias de motor contienen NOS inmunoreactividad en libertad y no como un relajante del músculo liso a [11]. Las fibras nerviosas que contienen NOS están estrechamente asociadas con las dos células y órganos creados en virtud de procesos de la Corte Penal Internacional-IM (Fig. 3] [1, 16, 39, 47, 52] y la Corte Penal Internacional-DMP [43, 47]. Microscopio electrónico de transmisión estudios muestran claramente una estrecha relación entre la CPI y entéricas motor terminales nerviosas que contienen VAChT, o la sustancia P NOS [43, 47, 48, 52]. Estos datos demuestran que la Corte Penal Internacional-CPI y mensajes instantáneos-DMP están densamente inervadas por excitatorios e inhibitorios motor neuronas entéricas.

IV. Funcional de Investigaciones de la Corte Penal Internacional y la neurotransmisión

La proximidad estructural de la Corte Penal Internacional con terminales nerviosas entéricas no implica necesariamente la interacción funcional entre la CPI y los nervios. Estructurales interacción de las células musculares lisas y las terminales nerviosas también es observado con frecuencia en la musculatura gastrointestinal [28]. Para dilucidar la relación funcional entre la CPI y los nervios, tenemos que mostrar pruebas de que la CPI efectivamente con neuronales a través insumos apropiados receptores y transmisores transduce señales intracelulares de señales y eventos.

Estudios moleculares sobre la transcripción inversa-reacción en cadena de polimerasa (RT-PCR) de aislados murino CPI confirmar la expresión de receptores de neurotransmisores en CPI. Ambos CPI-IM de los fundus gástrico y CPI-MY desde el intestino delgado expresaron los receptores de acetilcolina muscarínicos (M 2 y M 3 subtipos), los receptores de neuroquinina (NK1 y NK3 subtipos) y los receptores de VIP (VPAC1 subtipo) [6]. Los estudios inmunohistoquímicos han demostrado claramente la expresión de receptores en los subtipos Corte Penal Internacional. Una bien estudiada es receptor neuroquinina 1 (NK1) de receptores (los receptores de la sustancia P), expresó a la CPI-DMP del intestino delgado (véase el examen [7]]. En lo que a nosotros examinados, todos ICC-DMP en el intestino delgado murino mostró NK1 receptor (Fig. 3] [19]. También se ha demostrado que el ICC-DMP expresar muscarínicos M 2 receptor (Fig. 3] [21] y los receptores de somatostatina 2A [41]. La serotonina 5-HT 3 receptor se expresó en ambos Corte Penal Internacional-CPI y DMP-MI en el íleon de ratas [12]. La serotonina 5-HT 4 receptor se detectó en ambos Corte Penal Internacional-CPI y DMP-MY murino en el intestino delgado [26]. Purinergic receptor P2Y 4 se expresó en conejillo de ICC-IM, ICC-DMP y CPI-MI [46]. Purinergic P2X 2 y los receptores P2X 5 se detectaron en ICC-MI del conejillo de íleon [5]. Cholecystokinin Un receptor se expresó en ambos Corte Penal Internacional y células musculares lisas en la rata píloro [29]. Bombesin subtipo de receptor-3 se expresa en casi todas las CPI en el tracto gastrointestinal de rata [32]. G-proteína unida receptores, incluyendo los receptores de neurotransmisores, actuar a través de varias proteínas quinasas, tales como la proteína quinasa A (PKA) y C (PKC). De hecho, la CCI expresar PKA, PKC γ y θ PKC subtipos [31, 40].

Morphofunctional estudios recientes han puesto de manifiesto en la neurotransmisión excitatoria ICC-DMP. En el íleon murino, casi todas las ICC-DMP están estrechamente apposed a la sustancia P que contiene las fibras nerviosas y todas las ICC-DMP expresó NK1 receptor en su superficie (Fig. 4] [19]. La estimulación eléctrica de campo (EFI) causa la activación del nervio y la liberación neurotransmisores como la sustancia P in situ (Fig. 4]. Un minuto EFI (10 Hz, 0,5 ms de pulso de duración) de la musculatura ileal causado la internalización de los receptores NK1 (agregación de receptores en el citoplasma) en ICC-DMP (Fig. 4] [19], y las mismas respuestas podrían ser inducidos por la administración exógeno de la sustancia P de los músculos del intestino delgado [19, 25]. NK1 la internalización del receptor estaba bloqueado por un antagonista de los receptores NK1 y de tetrodotoxin antes de la estimulación del nervio, lo que sugiere que la internalización resultado de la estimulación de los receptores NK1 con neurally liberados neurokinins como sustancia P. estudios morfofuncionales también confirmó que la CPI se funcionalmente inervada por neuronas colinérgicas en el intestino delgado. Inmunohistoquímico y molecular estudios demostraron los receptores muscarínicos expresión en CPI (Fig. 3] [6, 21]. EFI acetilcolina o la exposición causada PKC-ɛ expresión en ICC-DMP [49]. PKC-ɛ expresión tras la estimulación fue bloqueada por tetrodotoxin o el antagonista de los receptores de acetilcolina de atropina, lo que sugiere que estas respuestas fueron causadas por la activación de los receptores muscarínicos en ICC-DMP.

NO motor de los nervios es un potente neurotransmisor inhibitorio que activa la guanilato ciclasa soluble (sGC) en las células objetivo. sGC se expresa en ICC-DMP de la rata intestino delgado [34] y casi todas las CPI en el conejillo de [20]. Activado sGC cataliza la conversión de GTP a GMP cíclico (GMPc), un segundo mensajero en cascadas de señalización intracelular. Estudios muestran que los cambios en los contenidos de GMPc después de la estimulación nitrergic proporcionar pruebas de que la Corte Penal Internacional son funcionalmente inervadas por los nervios nitrergic. Los niveles de GMPc, que se detectó con inmunohistoquímica, se mejoraron en la CPI de los estímulos nerviosos entéricos utilizando el método de EFI y tras la aplicación exógena de un donante de NO, nitroprusiato de sodio, en la canina de colon [38], cuy intestino delgado [57] y ciego [20]. Aumento de los niveles de GMPc fueron bloqueados con el antagonista del NO, L-nitroarginine. GMPc dependiente de la proteína quinasa I, que se activa de GMPc, también se expresó muy en ICC-DMP [34] en la rata intestino delgado y casi todas las CPI en la cobaya (datos no publicados). Estas observaciones muestran que la CPI son funcionalmente nitrergic inervadas por las neuronas inhibitorias.

V. ICC-ratones deficientes muestran la pérdida de nervio respuestas

Varias mutaciones espontáneas del gen Kit (W locus) se han caracterizado en detalle en ratones. Heterocigotos W / W v ratones mutantes han reducido Kit de señalización y mostrar anemia debido a la disminución de eritrocitos, la esterilidad, debido a la falta de células germinales, una bata blanca debido al agotamiento de los melanocitos y el agotamiento de los mastocitos [22]. Estos ratones mutantes han perdido poblaciones específicas de la Corte Penal Internacional en el tracto gastrointestinal [17, 50]. La ausencia de ICC-MI en el intestino delgado muestra una pérdida de actividad de marcapasos en este tejido [17, 50]. La ausencia de la Corte Penal Internacional-IM en el estómago y en la parte inferior del esófago y pyloric esfínteres en ratones mutantes muestran un defecto de las respuestas nerviosas [3, 39, 51, 52]. En el control de ratones, la estimulación de los nervios intrínsecos evoca un complejo que consta de respuesta colinérgicos excitatorios (excitatorios cruce potencial, EJP) y nitrergic inhibitoria componentes (inhibidor potencial de cruce, IJP). En W / W v ratones, EJP y IJP intrínseco después de la estimulación del nervio fueron atenuados en gran medida en estos tejidos [3, 39, 51, 52]. Dado que los músculos de W / W v ratones parecen normales varicosas terminales de las neuronas entéricas en la densidad normal, la ausencia de respuestas neuronales se considera debido a la falta de la Corte Penal Internacional-IM. Por inhibición de la acetilcolina esterasa utilizando neostigmina, la transmisión colinérgica podría ser restaurado en parte, nos conduce a conjeturas de que podría acetilcolina y difusas para obligar directamente a los receptores muscarínicos (Fig. 3] en células musculares lisas [52]. Sl / Sl d ratones mutantes, que tienen una mutación del gen que codifica Acero el Kit ligando factor de células madre (SCF), carecen de la capacidad para hacer la membrana de la SCF y obligado a desarrollar ICC-IM en el estómago [22]. Al igual que en W / W v ratones, SL / Sl d ratones muestran una reducción de EFI inducida por las respuestas neurales (EJP y IJP) en los músculos gástrico [1]. Estas observaciones utilizando ICC-ratones deficientes indicar la relación funcional entre la Corte Penal Internacional-IM y terminales nerviosas.

VI. CPI-IM y vagal aferente Nervios

CPI-IM están estrechamente relacionados no sólo con motor de los nervios entéricos, sino también los nervios aferente vagal. Vagal aferente fibras nerviosas, etiquetados con la inyección de marcadores neuronales en los ganglios nodose, puede terminar como arrays intramuscular (IMA) en la musculatura y como intraganglionic laminar terminaciones (IGLE) en el myenteric los ganglios del estómago y duodeno [8]. Estas fibras aferente mechanoreceptive transmitir información de la pared muscular [8]. Murino IMA consistió en axonal arborization de diferentes longitudes y corrió paralela al eje mayor de cerca y formado appositions con ICC-IM [8]. En el estómago de W / W y Sl v / d Sl mutantes, IMA número se redujo en un 50 a un 80% en comparación con ratones silvestres [9, 10]. Estos datos sugieren que la CPI-IM son importantes para el normal desarrollo y mantenimiento de la AMI, y que funcionalmente interactuar con IMA.

VII. Conclusión

Se han logrado considerables avances en nuestra comprensión de los mecanismos que subyacen a la CPI y la neurotransmisión. Durante mucho tiempo se ha reconocido de los estudios morfológicos que ICC-IM y CPI-DMP están densamente inervadas y de cerca. La importancia de estas observaciones se hizo evidente cuando las respuestas a los estímulos nerviosos se examinaron en W / W v ICC-ratones deficientes, y los últimos morphofunctional molecular y los estudios revelaron directamente la neural insumos a la Corte Penal Internacional. Corte Penal Internacional-CPI-IM y DMP-desempeñan un papel importante en la neurotransmisión, sin embargo, hay también evidencia de otras funciones como la generación de vertidos en curso espontáneo conocido como unitario potenciales [14] y los receptores de estiramiento que pueden influir en la actividad marcapasos [56]. No está claro cómo excitatorio e inhibitorio del nervio respuestas a Corte Penal Internacional se transfieren a cerca células musculares lisas. Una sencilla explicación es la transferencia de información a través de la conducción eléctrica entre la CPI y células musculares lisas [13]. Corte Penal Internacional son también supone que las fuentes de segundos mensajeros que cerca difusa en células musculares lisas o las fuentes secretoras de sustancias que regulan las células musculares lisas y las neuronas. Otros avances en combinación con morfológicas, funcionales y estudios moleculares tienen la obligación de responder a estas preguntas.

Este trabajo fue apoyado en parte por una subvención de Investigación Científica de la Sociedad Japonesa para la Promoción de la Ciencia. Nos gustaría dar las gracias al profesor Yoshiaki Nojyo y otros miembros del Departamento de Anatomía, Universidad de Fukui, por su ayuda y aliento con nuestra investigación, y también los Dres Kenton M. Sanders y Sean M. Ward, del Departamento de Fisiología y Biología Celular De la Universidad de Nevada, para llevar a cabo la investigación del receptor NK1.