Spinogenesis in spinal cord motor neurons following pharmacological lesions to the rat motor cortex

Abstract

Introduction: Motor function is impaired in multiple neurological diseases associated with corticospinal tract degeneration. Motor impairment has been linked to plastic changes at both the presynaptic and postsynaptic levels. However, there is no evidence of changes in information transmission from the cortex to spinal motor neurons. Methods: We used kainic acid to induce stereotactic lesions to the primary motor cortex of female adult rats. Fifteen days later, we evaluated motor function with the Basso, Beattie, Bresnahan (BBB) scale and the rotarod and determined the density of thin, stubby, and mushroom spines of motor neurons from a thoracolumbar segment of the spinal cord. Spinophilin, synaptophysin, and β III tubulin expression was also measured. Results: Pharmacological lesions resulted in poor motor performance. Spine density and the proportion of thin and stubby spines were greater. We also observed increased expression of the 3 proteins analysed. Conclusion: The clinical symptoms of neurological damage secondary to Wallerian degeneration of the corticospinal tract are associated with spontaneous, compensatory plastic changes at the synaptic level. Based on these findings, spontaneous plasticity is a factor to consider when designing more efficient strategies in the early phase of rehabilitation. Resumen: Introducción: Diversas enfermedades neuropatologías asociadas a la degeneración del tracto corticoespinal muestran deterioro de las funciones motoras. Tales alteraciones neurológicas se asocian a diversos fenómenos plásticos subsecuentes, a nivel tanto presináptico como postsináptico. Sin embargo, no existe evidencia que indique la existencia de modificaciones en la transmisión de información del tracto corticoespinal a las motoneuronas espinales. Métodos: Se indujo una lesión por vía estereotáxica en la corteza motora primaria de ratas hembra adultas con ácido kaínico y, 15 días después, se evaluó el desempeño motor mediante la escala BBB y en un dispositivo Rota-Rod. Paralelamente, se cuantificó la densidad numérica y proporcional de las espinas delgadas, en hongo y gordas, en motoneuronas de un segmento torácico-lumbar de la médula espinal. Así mismo, se registró la expresión de las proteínas espinofilina, sinaptofisina β III-tubulina. Resultados: La lesión farmacológica provocó un desempeño motor deficiente. Así mismo, tanto la densidad de espinas como la proporción de espinas delgadas y gordas fue mayor, al igual que la expresión de las 3 proteínas estudiadas. Conclusión: La aparición de los síntomas clínicos de daño neurológico provocado por la degeneración walleriana del tracto corticoespinal se acompaña de respuestas plásticas espontáneas de tipo compensador, a nivel sináptico. Lo anterior indica que durante la rehabilitación temprana de este tipo de pacientes, la plasticidad espontánea constituye un factor que se debe considerar para el diseño de estrategias de intervención más eficientes.

Keywords

• Enfermedades desmielinizantes
• Corteza motora
• Vía piramidal
• Médula espinal
• Motoneuronas
• Espinas dendríticas