Localización neuroanatómica de los sistemas catecolaminérgicos y serotoninérgicos de los peces no teleósteos del género Lepisosteus (Superorden Ginglymodi)
Resumen:
Los peces lepisosteiformes son un grupo de peces Actinopterigios actualmente considerado como el grupo externo de Halecomorphi y Teleostei, y representan un grupo muy interesante para el estudio de los rasgos evolutivos modificados, perdidos o mantenidos en la filogenia de peces, siendo un grupo muy próximo a los peces teleósteos. Los sistemas catecolaminérgicos (CA) y serotoninérgicos (5-HT) en el sistema nervioso se encuentran entre los más importantes y conservados en los sistemas de neurotransmisión analizados en la mayoría de los grupos de vertebrados. Por ello, este trabajo proporciona la primera descripción neuroanatómica completa y detallada de la estructuras CA y 5-HT en el encéfalo de dos especies representativas del género: L. platyrhincus y L. oculatus, usando técnicas inmunohistoquímicas indirectas en campo claro y en fluorescencia. Se observaron diferentes grupos de células CA-ir y 5-HT-ir en el prosencéfalo con especial relevancia en el área preóptica y diferentes regiones hipotalámicas (núcleo supraquiasmático, regiones retrotuberal y retromamilar, órgano paraventricular) y diencefálicas (pretálamo, tubérculo posterior, epífisis, pretecho), mientras que en el mesencéfalo solo se observó una notable inervación de ambos marcadores. El rombencéfalo también presenta poblaciones celulares en los núcleos del rafe y el núcleo del tracto solitario, así como neuronas ventrales al canal central de la médula espinal. En la retina también se observaron subpoblaciones distintas de neuronas amacrinas. Finalmente, comparando estos resultados con los de otras clases de peces y vertebrados se muestran numerosos rasgos comunes, y también características específicas muy peculiares, como la ausencia de un núcleo análogo al locus coeruleus en el rombencéfalo rostral.
Abstract:
The gars are a group of Actinopterygian fishes currently considered as the external group of Halecomorphi and Teleostei, and represent a very interesting group for the study of evolutionary traits modified, lost or maintained in the phylogeny of fish, being a group close to the teleost fishes. Catecolaminergic (CA) and serotoninergic (5-HT) systems in the brain are among the most important and conserved in the neurotransmission systems analyzed in most vertebrate groups. Thus, this work provides the first complete and detailed neuroanatomical description of the CA and 5-HT structures in the brain of two representative species of the genre: L. platyrhincus and L. oculatus, indirect immunolabeling in bright field and fluorescence. Different groups of CA-ir and 5-HT-ir cells were observed in the forebrain with special relevance in the preoptic area and different hypothalamic regions (suprachiasmatic nucleus, retrotuberal and retromamilar regions, paraventricular organ) and diencephalic (pretálamic, posterior tuber, epiphysis, pretectum), while in the mesencephalon only a remarkable innervation of both markers was observed. The rhombencephalon also presents cellular populations in the nuclei of the raphe and the nucleus of the solitary tract, as well as neurons ventral to the central canal of the spinal cord. In the retina, different subpopulations of amacrine neurons were also observed. Finally, comparing these results with those of other kinds of fish and vertebrates, numerous common traits are shown, also relevant differences like the absence of a cell population in the rostral rhombencephalon similar to the locus coeruleus.
Palabras clave:
evolución, pejelagartos, serotonina (5-HT), tirosina hidroxilasa (TH), catecolaminas (CA)
Introducción:
En el presente trabajo se pretende localizar neuroanatómicamente los sistemas neuronales monoaminérgicos: catecolaminas (CA) e indolaminas, en el sistema nervioso central (SNC) de peces no teleósteos del género Lepisosteus, para poder realizar un análisis comparativo a nivel evolutivo. Por tanto, es esencial conocer los antecedentes de ambos sistemas de neurotransmisión y la filogenia de este género de peces dentro de los peces Actinopterigios. La organización neuroanatómica de las monoaminas ha sido estudiada clásicamente en el SNC en los principales taxones de vertebrados, y se han propuesto las relaciones filogenéticas entre ellos en el encéfalo (Smeets y González, 2000; O’Connell y Hofmann, 2011). De esta forma, este trabajo se centra en el estudio de un pequeño grupo de peces, ya que este grupo constituye la mayor diversidad de vertebrados con más de 28.000 especies clasificadas en: Agnatos (peces sin mandíbula, 108 especies), Condrictios (peces cartilaginosos; aproximadamente 970 especies), Actinopterigios (peces con aletas radiadas, incluidos los teleósteos, alrededor de 27.000 especies diferentes) y Sarcopterigios (peces con aletas lobuladas, 8 especies). A pesar de que el sistema monoaminérgico ha sido ampliamente estudiado en el SNC de la mayoría de los grupos principales de peces, no existen datos precisos y completos acerca de la distribución de estos sistemas de neurotransmisión en el SNC de los holósteos, un pequeño grupo de peces actinopterigios no teleósteos. Por tanto, en este trabajo se realizará la detección y la localización neuroanatómica de los sistemas CA y 5-HT de peces primitivos no teleósteos del género Lepisosteus, aportando nueva información hasta ahora fragmentada e incompleta. Los peces comúnmente conocidos como pejelagartos (gars en inglés), que se usan en este trabajo son los Lepisosteus un género del superorden Ginglymodi, en donde se han realizado estudios neuroquímicos previos (López et al., 2012, 2013, 2016).
Figura 1. a. Cladograma del grupo de peces Holósteos como el grupo hermano de los peces Teleósteos y la relación con otros peces Actinopterigios (López et al., 2016). b. Vista lateral del pejelagarto L. platyrhnicus. c. Vista lateral del pejelagarto L. oculatus (NANFA, 2008).
Actualmente, este género está clasificado como el grupo externo de Halecomorphi y Teleostei en la radiación Actinopterigia (ver Fig. 1). En este proyecto, concretamente se estudiará a las especies Lepisosteus platyrhincus (L.p.) y Lepisosteus oculatus (L.o.) (Superorden Ginglymodi, Familia Lepisosteidae). Estos peces aparecen hace aproximadamente 275 millones de años (ma); siendo identificados evolutivamente como un grupo cercano a los peces teleósteos, y actualmente catalogados por su pequeña distribución y sus características fisiológicas como fósiles vivientes. Esta familia formada por 2 géneros, Atractosteus (con 3 especies vivientes) y Lepisosteus (con 4 especies vivas en la actualidad), es importante para entender la evolución del SNC, así como su neuroanatomía en los peces actinopterigios (ver Fig. 2), en estos clásicos sistemas de neurotransmisión de las monoaminas. Por su modo de vida, y sus características fisiológicas Lepisosteus es un depredador con un sentido del olfato agudo y dientes aserrados con una boca alargada para la caza (ver Fig. 1). Los estudios previos, determinaron en otros miembros del mismo género, sus características neuroanatómicas básicas destacando por su telencéfalo evertido y su asimetría habenular (Lauder y Liem, 1983). En el encéfalo de los vertebrados, las catecolaminas son esenciales porque modulan numerosas funciones en el SNC, en donde se encuentran participando en funciones como motivación, recompensa, ciclo vigilia-sueño, sistemas sensoriales y motores, y reproducción (Joshua et al., 2009; Ferrucci et al., 2013). Además, están relacionados con algunos trastornos psiquiátricos y neurológicos, como la enfermedad de Parkinson en los humanos (Fields et al., 2007). Las CA realizan su biosíntesis a través de la enzima tirosina hidroxilasa (TH), ya que su actividad es la que produce a partir de tirosina, la biosíntesis de dihidroxifenilalanina (DOPA), siendo este el precursor de las catecolaminas: dopamina, noradrenalina y adrenalina. Este sistema está ampliamente distribuido, en todos los sistemas nerviosos a través de la filogenia de vertebrados, conformando grupos celulares de neuronas principales en casi todas las principales regiones del SNC presentando proyecciones a otros puntos del encéfalo y la médula espinal (Smeets y González, 2000). El sistema catecolaminérgico ha sido muy estudiado por diversos autores, siendo muchos de esos estudios llevados a cabo en la mayoría de los grupos de peces (Kaslin y Panula, 2001; Yamamoto et al., 2011; Carrera et al., 2012; Karoubi et al., 2016), pero no han sido estudiados con modernas técnicas inmunohistoquímicas en el grupo de peces holósteos del género Lepisosteus. Previamente se ha realizado la localización neuroanatómica de CA y 5- HT en peces pulmonados y polipteriformes, utilizando inmunohistoquímica, como en la mayoría de los estudios comparativos de este sistema en vertebrados (López y González, 2014, 2015), junto con esto aparecen los estudios previos realizados por los mismos autores, del doble inmunomarcaje para TH – ChAT, TH – ND (enzima sintasa de óxido nítrico, NOS) o ChAT – 5- HT (López et al., 2013, 2016, 2017) para ayudar en la identificación de la ubicación de las estructuras de estos sistemas monoaminérgicos, dentro del SNC poco conocido de estos peces. Los resultados de estos estudios permitieron determinar estas organizaciones comparables a las de los tetrápodos, que evolucionaron de un pariente cercano extinguido de pez pulmonado, siguiendo el modelo neuromérico (López y González, 2017) que ahora ha sido validado para la mayoría de los vertebrados (prosencéfalo: Puelles y Rubenstein, 2015; tronco encefálico: Straka et al., 2001).
Figura 2. Vista del encéfalo de gar manchado (L. oculatus) y vista lateral de cerebro del gar de Florida (L. platyrhincus) (López et al. 2016). a. Vista dorsal del encéfalo de L.o. b. Vista ventral del encéfalo de L.o. c. Vista lateral del encéfalo de L.o. d. Vista lateral del encéfalo de L.p. Diseccionados tras la fijación transcardial para preservar las principales divisiones de su SNC. VER ANEXO PARA LAS SIGLAS.
Por otro lado, un neurotransmisor monoaminérgico clásico y destacado también, es el grupo de las indolaminas, al cual pertenece la serotonina o 5-hidroxitriptamina (5-HT), por su amplia distribución cerebral y por ser sistemas conservados, a lo largo de la evolución del mismo, como ocurría con los CA. Las neuronas serotoninérgicas se han descrito y localizado en mamíferos en el tronco encefálico, desde donde inervan casi todas las partes del SNC. Esta amplia distribución de fibras 5-HT se relaciona con la actividad motriz, estado de ánimo, ciclo sueño-vigilia, agresividad, miedo, apetito, función vascular, nocicepción y comportamiento sexual (Jacobs et al., 2009). La distribución de la serotonina se ha estudiado en una gran variedad de vertebrados, especialmente se realizaron en mamíferos, mediante técnicas de inmunohistoquímica, así como previamente mediante la fluorescencia inducida por formaldehído (FIF), manteniéndose un patrón muy conservado en todos los vertebrados (Baker et al., 1991). Además, numerosos estudios demostraron que en muchos amniotas, se mantiene la distribución y localización, particularmente en anfibios (Corio et al., 1992), peces con aletas radiadas (Lillesaar, 2011), peces cartilaginosos (Carrera et al., 2008) y peces sin mandíbula (Antri et al., 2006). Por tanto, desde un punto de vista evolutivo, el sistema serotoninérgico es uno de los más conocidos y preservados en el SNC (Adrio et al., 1999; Antri et al., 2006; Abalo et al., 2007; Lillesaar, 2011; López y González., 2013, 2015). Entre los vertebrados, el sistema serotoninérgico del encéfalo de los peces destacó debido a su temprana implicación en el control de diversas funciones hipofisarias, y por el conocimiento de la distribución anatómica de las células y las fibras de 5-HT en diferentes grupos de peces (Lillesaar, 2011). El género Lepisosteus presenta antecedentes de información aún limitada o ausente con respecto a otros peces óseos. Algunos trabajos previos en este campo, estudiaron las estructuras en el encéfalo de L. osseus mediante histoquímica de fluorescencia (Parent y Northcutt, 1982). Así mismo, los estudios dónde se informó de la localización inmunohistoquímica de 5- HT y neuropéptidos en la médula espinal caudal de L. platyrhinchus, L. osseus y L. platostomus (Onstott y Elde, 1986). O también, los trabajos realizados en L. productus, estudiando el sistema serotoninérgico, describiendo e identificando algunos conjuntos de fibras o núcleos, pero son imprecisos e incompletos neuroanatómicamente (Chiba y Oka, 1999; Abalo et al., 2007). Por tanto, en este trabajo se estudiará la adecuada identificación y la precisa localización neuroanatómica de las monoaminas, en estos pejelagartos que hasta ahora solo se han estudiado incompletamente y en estudios muy fragmentados. Así como las analogías con otros grupos de vertebrados desde una perspectiva evolutiva usando el paradigma segmental del modelo neuromérico (Puelles y Rubenstein, 2015).
ANEXO:
Abreviaturas: ac, comisura anterior; aCb, aurícula del cerebelo; Cb, cerebelo; cc, canal central; cCb, cuerpo del cerebelo; DC, zona central del área telencefálica dorsal; Dd, zona dorsal del área telencefálica dorsal; DF, funículo dorsal; dh, asta dorsal; Dl, zona lateral del área telencefálica dorsal; Dld, zona dorsolateral del área telencefálica dorsal; Dm, zona medial del área telencefálica dorsal; Dlv, zona ventrolateral del área telencefálica dorsal; E, epífisis; em, eminencia media; flm, fascículo longitudinal medial; fr, fascículo retroflexo; gc, gris centralis; GCL, capa de células ganglionares de la retina; gl, capa glomerular del bulbo olfatorio; Hb, habénula; Hyp, hipófisis; igl, capa granular interna del bulbo olfativo; III, tercer ventrículo; inf, infundíbulo; INL, capa nuclear interna de la retina; Ip, núcleo interpeduncular; IPL, capa plexiforme interna de la retina; Ipn, neuropilo interpeduncular; Is, zona incerta; IV, cuarto ventrículo; IXm, núcleo motor glosofaríngeo; LDT, área tegmental laterodorsal; LF, funículo lateral; Lih, lóbulo hipotalámico inferior; L.o., Lepisosteus oculatus; L.p., Lepisosteus platyrhincus; lr, receso hipotalámico lateral; M, región hipotalámica mamilar; MC, Células de Mauthner; Med, médula espinal; MCa, axones de las células de Mauthner; mv, ventrículo mesencefálico; nII, nervio óptico; Nsol, núcleo del tracto solitario; nV, nervio trigémino; ob, bulbo olfatorio; oc, quiasma óptico; ONL, capa nuclear externa de la retina OPL, capa plexiforme externa de la retina; ot, tracto óptico; OT, techo óptico; p1-p3, prosómeros; Pa, área hipotalámica paraventricular; pc, comisura posterior; POA, área preóptica; PT, pretecho; PTh, pretálamo; PVO, órgano paraventricular; r0-r8, rombómeros; Rai, núcleo del rafe inferior; Ram, núcleo del rafe medio; Ras, núcleo del rafe superior; Rhom, rombencéfalo; Ri, núcleo reticular inferior; RM área hipotalámica retromamilar; RTu, área hipotalámica retrotuberal; sac, estrato álbum centralis; SC, núcleo supraquiasmático; SCc, nucleo supraquiasmático caudal; sco, órgano subcomisural; sfgs, estrato fibroso y gris superficial del mesencéfalo; sg, capa granular del cerebelo; sgc, sustancia gris compacta; sm, capa molecular del cerebelo; so, estrato óptico del techo mesencefálico; sol, tracto solitario; Spa, área hipotalámica subparaventricular; spv, capa periventricular del tectum mesencefálico; Tegm, área tegmental mesencefálica; Tel, telencéfalo; Th, tálamo; Tl, torus longitudinalis; Tor, torus semicircularis; TP, núcleo del tubérculo posterior; Tu, región hipotalámica tuberal; Vd, parte dorsal del área telencefálica ventral; VF, funículo ventral; vh, asta ventral; VI, núcleo abducens; VIIm, núcleo motor del nervio facial; VIIIa, área octavolateral anterior; VIIIi, área octavolateral intermedia; VL, zona lateral del área telencefálica ventral; Vm, núcleo motor del nervio trigémino; Vp, núcleo posterior del área telencefálica ventral; V, ventrículo; Vv, zona ventral del área telencefálica ventral; Xm, núcleo motor del nervio vago.
Hasta aquí por hoy, el mes que viene tendremos más con los materiales y métodos.
Vuestra divulgadora científica con mis cuentas de Ammu Neuroscience and Biology. Artículo de Ana María Morón Usero. Podéis leer más en este glosario de biología.
Gracias por leer. Que la ciencia y la fuerza os acompañe.
ammuneuroscienceandbiology.com 
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