O efeito das condutâncias dependentes de voltagem e de glutamato nas respostas à luz da célula bipolar ligada a bastonetes: um estudo computacional - Leopoldo, Kaê (2017)
O sistema visual lida com mudanças significativas na quantidade absoluta de fótons no meio ambiente, que varia 10 a 12 unidades logarítmicas ao longo de um dia. Parte desta versatilidade decorre da existência de fotorreceptores, bastonetes e cones, ativos em luminosidades médias diferentes, e outra parte é consequência de mecanismos de controle de ganho pós-receptorais, que ajustam a faixa dinâmica da retina à luminosidade média. Já na primeira sinapse visual, a atividade de muitos fotorreceptores converge para as células bipolares (BCs), neurônios de segunda ordem. Em mamíferos, supõe-se que o número de neurônios convergentes mantém-se relativamente fixo durante a vida adulta do organismo, embora a árvore dendrítica das BCs aumente de tamanho. No caso de peixes teleósteos, o grau de convergência neuronal para as BCs aumenta com a idade em função de neurogênese e sinaptogênese constantes. Como a relação entre a estrutura celular e o grau de convergência sináptica influencia a integração somática de sinais, estudamos os efeitos do crescimento celular acompanhado de variações na convergência sináptica no caso específico da BC ligada a bastonetes. Para tanto, desenvolvemos um modelo computacional deste tipo celular e dos bastonetes a ela conectados utilizando o ambiente de simulação NEURON, com base em dados de literatura e obtidos por nosso grupo de pesquisa a respeito de sua geometria, conectividade e biofísica, e simulamos diversos tipos de estimulação. Para mimetizar níveis escotópicos de luminosidade, estimulamos apenas um dos bastonetes convergindo para a BC modelo; para mimetizar níveis mesópicos, todos os bastonetes foram estimulados concomitantemente. Estas simulações foram realizadas primeiramente com um modelo de BC contendo apenas condutâncias sinápticas e passivas, para investigar o impacto da geometria celular na integração de sinais. A seguir, o modelo passou a incorporar condutâncias dependentes de voltagem permeáveis a potássio (K+) modeladas a partir de dados da literatura e do nosso grupo de pesquisa, para investigar o papel das mesmas no controle de ganho da sinapse entre BCs e bastonetes durante o crescimento celular. Os resultados destas simulações indicam que o aumento da árvore dendrítica da BC com o crescimento hiperpolariza seu potencial de repouso e aumenta as amplitudes de resposta, devido ao aumento da área de superfície de membrana contendo canais passivos com potencial de reversão negativo. Já o aumento da convergência de bastonetes para a BC despolariza seu potencial de repouso e diminui as amplitudes resposta, o que equivaleria a uma diminuição da sensibilidade 3 em células reais. Mais ainda, o aumento no grau de convergência contribui para a diminuição das latências de resposta da BC, ao passo que o crescimento celular aumenta as latências linearmente. A inserção de canais dependentes de voltagem nos terminais dendríticos da BC aproxima as amplitudes e diminui as latências de resposta de BCs com diferentes graus de convergência. Além disso, tais canais reduzem os efeitos decorrentes do crescimento celular descritos anteriormente, tornando a amplitude e latência de resposta independentes do tamanho da árvore dendrítica. Desse modo, canais de K+ dependentes de voltagem dendríticos estabilizam as amplitudes e latências de resposta da BC ao longo do crescimento, contribuindo para a coerência da mensagem passada para as outras camadas da retina e, posteriormente, para o cérebro. Estes resultados sugerem que correntes ativas são fundamentais não apenas para controlar o ganho das sinapses entre bastonetes e BCs em um mesmo estado de adaptação, mas também para estabilizar o potencial de repouso e velocidade e amplitudes de resposta dos neurônios ao longo do crescimento