LA PLASTICITÀ SINAPTICA

Fenomeni di plasticità sinaptica a breve termine nella giunzione neuromuscolare

Potenziamento sinaptico attività-dipendente: diverse forme

• Facilitazione (decine di ms); aumentazione (< 1 s)

• Potenziamento post-tetanico (post-tetanic potentiation, PTP)

(< 1-2 min)

• Potenziamento a breve termine (short-term potentiation, STP)

(< 60 min)

• Potenziamento a lungo termine (long-term potentiation, LTP)

(ore-giorni)

PTP, STP e LTP: fenomenologia

PTP, STP e LTP a confronto

PTP

•• Indotto da stimolazioni tetaniche “deboli” (per frequenza e durata)

•• Durata 1-2 min

•• Meccanismo presinaptico

STP

•• Indotto da stimolazioni tetaniche “intermedie”

•• Durata: decine di min - 1 h

LTP

•• Indotto da stimolazioni tetaniche “forti” ( 100 Hz, 1 s)

•• Durata: ore (in vitro), giorni (in vivo)

Un modello di plasticità sinaptica:le sinapsi dei circuiti ippocampali

PLASTICITÀ SINAPTICA:

l’LTP associativo

Il potenziamento a lungo termine (LTP)nelle sinapsi ippocampali pp-DG e CA3-CA1

Sinapsi perforant path-DGTetano: 250 Hz, 200 ms

Proprietà dell’LTP nelle sinapsi pp-DG e CA3-CA1: cooperatività, specificità, associatività (I)

Campo CA1 dell’ippocampo

Stimoli di debole intensità

Stimoli di forte intensità

Proprietà dell’LTP nelle sinapsi pp-DG e CA3-CA1: cooperatività, specificità, associatività (II)

Fasi e meccanismi dell’LTP: definizioni

• Induzione

Fase in cui vengono attivati e operano i meccanismi che sfociano nell’aumento dell’efficacia sinaptica

• Espressione

Modalità attraverso cui l’aumento dell’efficacia sinaptica si realizza in conseguenza dei meccanismi di induzione

• Consolidamento

Insieme degli eventi tardivi grazie ai quali l’aumento dell’efficacia sinaptica diviene “a lungo termine” (passaggio STP LTP?)

Dati sui meccanismi cellulari di induzione dell’LTP (pp-DG e CA3-CA1)

1. Abolita dal blocco dei recettori glutammatergici di tipo NMDA

2. Abolita dal chelaggio del Ca2+ intracellulare

3. Riprodotta dagli aumenti della [Ca2+]i ottenuti con flash photolysis di Ca2+ caged

Un modello di induzione dell’LTP: il ruolo dei recettori NMDA

Dati sui meccanismi cellulari di induzione dell’LTP (pp-DG e CA3-CA1)

1. Abolita dal blocco dei recettori glutammatergici di tipo NMDA

2. Abolita dal chelaggio del Ca2+ intracellulare

3. Riprodotta dagli aumenti della [Ca2+]i ottenuti con flash photolysis di Ca2+ caged

4. Ruolo dei recettori metabotropi

5. Ruolo del rilascio di Ca2+ dagli store intracellulari

Dati sulle vie di trasduzione del segnale nell’LTP NMDA-dipendente: meccanismi Ca2+-mediati

1. Bloccata dall’inibizione della CaMK II e assente in topi knock-out per la CaMK II

2. Bloccata dall’inibizione della PKC anche dopo l’applicazione del tetano

3. Bloccata dall’inibizione della PLA2

4. Bloccata o ridotta dall’inibizione delle NOS

Meccanismi attivi nell’induzione

dell’LTP NMDA-dipendente

L’espressione dell’LTP NMDA-dipendente: meccanismo pre- o postsinaptico? (I)

Elementi a favore di un meccanismo postsinaptico:

1. risposta all’AMPA esogeno dopo sviluppo di LTP (con onset lento)

2. Dati dall’analisi quantale

L’espressione dell’LTP NMDA-dipendente: meccanismo pre- o postsinaptico? (II)

Elementi a favore di un meccanismo presinaptico:

1. rilascio di glutammato marcato dopo sviluppo di LTP

2. Dati dall’analisi quantale

Diminuzione della frequenza delle failure:un indice di un meccanismo presinaptico

Possibili meccanismi postsinaptici

1. Fosforilazione dei recettori AMPA:

• • l’aumento della risposta all’AMPA esogeno è prevenuto da bloccanti delle protein-chinasi

• • presenza nei recettori AMPA clonati di consensus sequences per varie protein-chinasi

• • l’attivazione di NMDA-R può causare fosforilazione di AMPA-R in modo CaMK II-dipendente

2. Modifiche nell’espressione di diverse isoforme dei recettori AMPA

3. Attivazione di “sinapsi silenti”

Sinapsi postsinapticamente silenti e loro reclutamento nell’LTP NMDA-dipendente

[Da Isaac et al., 1995]

Sinapsi postsinapticamente silenti e loro reclutamento nell’LTP NMDA-dipendente

[Da Isaac et al., 1995]

Possibili meccanismi presinaptici

Aumento della probabilità di rilascio all’arrivo del singolo PA per:

• aumento dell’ampiezza del transiente di Ca2+

• aumento della sensibilità agli incrementi della [Ca2+]i

In ogni caso è necessario postulare un messaggero retrogrado.

L’LTP NMDA-dipendente: un ruolodi messaggero retrogrado per l’ossido nitrico?

Elementi a favore di un ruolo per l’ossido nitrico

1. Blocco dell’induzione dell’LTP in presenza di blocco delle NOS

2. Blocco dell’induzione dell’LTP in presenza di emoglobina (scavenger dell’NO)

3. L’NO induce della frequenza dei miniature EPSP

Il consolidamento dell’LTP richiede

trascrizione genica e sintesi di nuove proteine

Aumento del numero dei siti di rilascio: un

indice di modificazioni a lungo termine

Consolidamento dell’LTP e trascrizione

genica: il sistema cAMP-CREB-CRE