Trasmissione Sinaptica

1

Trasmissione Sinaptica

2

Corteccia visiva umana Schema di un circuito elettrico

3

Una sinapsi è la giunzione tra due elementi cellulari eccitabili che consente il passaggio di informazione

sottoforma di segnali elettrici

Tipi di connessioni sinaptiche:• cito-neurale• interneuronica• neuro-muscolare

4

Bastoncello

Cono

Sinapsi cito-neurali

Cellula orizzontale

Cellula bipolare

Sinapsi interneuroniche

Cellula gangliare nervo ottico

Neuroni della retina

5

Assone

Placca motrice

Fibra muscolare

Sinapsi neuro-muscolare

6

Parti di due neuroni

direzione del flusso di informazione

dendriti

Terminaleeccitatorio

corpocellulare

nucleo

assone

Terminalepresinaptico dendrite

postsinaptico

Terminaleinibitorio

Terminalepresinaptico

Neuronepostsinaptico

Neuronepresinaptico

7

8

Trasmissione sinaptica in azioneTrasmissione sinaptica in azione

9

La sinapsi è un punto di elaborazione dell’informazione

Un cervello umano adulto contiene ~1011 neuroni,ciascuno di questi potrebbe ricevere 103 sinapsi, per un totale di 1014 sinapsi.La maggior parte di queste sinapsi si formano nei primi 2 anni di vita.Quindi, in un feto e in un neonato si formano 1014 sinapsi/108 s = 106 sinapsi/s !!!

-

neurone presinaptico Neurone postsinaptico

10

citosol

recettore

citosol Fessura sinaptica

recettore

recettore

La chimica è uno dei linguaggi del sistema nervoso, p.es. a livello delle sinapsi


Dendritepostsinaptico

direzione del flusso d’informazione

Molecole di trasmettitorein vescicole sinaptiche

11

Immagine al microscopio elettronico di una porzione di sinapsi

vescicole sinaptiche

terminale presinaptico

dendrite postsinaptico

12

citosol

recettore

citosol

recettore

recettore

La diffusione attraverso lo spazio sinaptico è rapidissima

50 nm

= 500 Å= 0.05 m

Tempo di diffusione: pochi s


Molecole di trasmettitore

Fessura sinaptica

dendritepostsinaptico

direzione del flusso d’informazione

13

Neurotransmettitoree

ATP

(da 1,000 a 10,000 molecole di ciascuno)

Pompa H+-dipendentedel neurotransmettitore

citosol

Pompa protonica ATP-dipendente

~ isotonico!

Come si riempiono le vescicole sinaptiche

H+

H+

N

H+

citosol

Interno della vescicola

N

14

vescicola di serotonina

trasportatore vescicolare di serotonina proton-accoppiato

citosol

pompa protonica ATP-dipendente

spazio sinapticoTrasportatore della serotoninaattraverso la membrane cellulare Na+-accoppiato

MDMA

MDMA MDMA-H+

H+

MDMA (“ecstasy”) dissipa le riserve di H+ nelle vescicole, prevenendo il pompaggio di serotonina nelle vescicole

MDMA-H+

Gli acidi e le basi debolicorto-circuitano molte vescicole!

“falso substrato”per due

trasportatoriserotonina

vescicola depletata di serotonina

vescicola di serotonina

15

Le cellule hanno sviluppato sistemi elaborati per pompare il Ca2+ fuori dalla cellula mantenendone bassa la concentrazione nel citosol

Un aumento transitorio e locale del Ca2+ intracellulare può essere usato per promuovere la

comunicazione cellulare

Come fa il neurotrasmettitore contenuto nelle vescicole a riversarsi nello spazio sinaptico?

16

vescicola ancorata

Impulso nerv.

canale per il Ca2+

voltaggio-dipendente

neurotrasmettitore

La fusione delle vescicole sinaptiche è promossa prima da un evento elettrico e poi da uno chimico


spazio sinaptico

17

Ca2+

vescicola ancorata

neurotrasmettitoreImpulso nerv.


canale per il Ca2+

voltaggio-dipendente


spazio sinaptico

18

vescicola fusa

Ca2+

neurotrasmettitore



spazio sinaptico

19

zzz…

Terminale sinaptico a riposo

Vescicola sinaptica

Proteina di fusione

Proteina di legame dell’actinaActinaTrasmettitore

Proteina di fusione

Corpi densi

Canali del calcio

Proteina di allineamento

Recettori

Terminale presinaptico

Membrana postsinaptica

20

Terminale sinaptico durante l’eccitamento

Recettori

Trasmettitore

21

Sindrome di Lambert-Eaton

• Debolezza generalizzata

• Causata da anticorpi contro canali del Ca2+ pre-sinaptici

22

Modalità di estinzione del neurotrasmettitore:

• diffusione al di fuori della fessura sinaptica• scissione enzimatica• riassorbimento nella terminazione pre-

sinaptica

Il neurotrasmettitore agisce attivando il recettore postsinaptico per un tempo molto breve, dopo di che la

sua azione si estingue

23

Come agisce il neurotrasmettitore a livello della membrana

postsinaptica?

24

Recettore chiuso

AChaperto

Attivazione diretta di un canale da parte di un neurotrasmettitore

25

Recettori-canale

• Nicotinici (acetilcolina)

• GABAergici di tipo A (GABA)

• Glutamatergici (glutammato)

• Glicinergici (glicina)

26

citosol

recettorepostsinaptico

serotoninergicoaccoppiato a proteine G

recettorepostsinaptico

dopaminergicoaccoppiato a proteine G

vescicole contenentiserotonina

vescicole contenentidopamina

NH

HO NH3+

HO

HO

H2C

CH2

NH3+

citosol

fessurasinaptica

Alcune membrane postsinaptiche contangono recettori accoppiati a

G proteine invece di canali chemio-dipendenti

citosol

27

Chiusura di un canale per azione di un neurotrasmettitoremediante meccanismo indiretto

2 subunitàcatalitiche

2 subunitàregolatrici

chiuso

B

Recettore

Trasmettiotore

Lato extracellulare

Lato citoplasmatico

Adenilato ciclasi

aperto

A

28

Recettore

Trasmettitore chiuso

G-proteina

A

aperto

B

Apertura di un canale per azione di un neurotrasmettitoremediante meccanismo indiretto

29

Struttura di una sinapsi elettrica

Gap junction

connessioni

30

Studi elettrofisiologici delle sinapsi

Neurone presinaptico Neurone postsinaptico

31

V

Stimolazione di un neurone presinaptico che produce un potenziale d’azione

Misura della risposta postsinaptica

1 ms 5

mV

-60

+60

Un “potenziale sinaptico” sufficientemente intenso porta ad un potenziale d’azione postsinaptico

depolarizzazione del potenziale postsinaptico

(eccitatorio)

32

V

5 mV

Stimolazione di un neurone presinaptico che produce un potenziale d’azione

Misura delle risposte postsinaptiche “potenziali postsinaptici”

Come è possibile studiare il potenziale post-sinaptico senza l’eventuale contaminazione del potenziale d’azione?

33

Bottoni sinaptici a livello dei dendriti di un neurone

34

Nessun stimolo; eventi spontanei

Stimoli ripetuti ad un neurone presinaptico

5 mV

50 - 1000 canali (differiscono in sinapsi diverse).Contenuto di una singola vescicola.

Analisi della Trasmissione Sinaptica Quantale

0

0.1

0.2

0.3

0.4

1 2 3 4 5 6

Ampiezza delle Risposte Post-sinaptiche (mV)

Fra

zio

ne

del

le O

sser

vazi

on

i

Stimolati

Spontanei

1.0

0 1 2 3 4 5

35

Statistica binomiale del rilascio delle vescicole

nNpnpn

NnP

1)(

N vescicole per terminale (3 in questo esempio)

p probabilità di rilascio per vescicola

Qual’è la probabilità P di rilasciare n vescicole?

(n = 2 per questo potenziale d’azione)

N e p a volte cambiano durante la memorizzazione, l’apprendimento, e l’assunzione di droghe

36

Caratteristiche del potenziale post-sinaptico

1) Ampiezza << del potenziale d’azione (< 10 mV)*

2) Durata > del potenziale d’azione (>10 ms)*

3) Può essere depolarizzante o iperpolarizzante (PPSE o PPSI)**

4) E’ locale (non propagabile)

5) E’ graduale

6) E’ sommabile

*Ampiezza e Durata dipendono da:

a) Quantità di neurotrasmettitore liberato

b) Estensione della membrana su cui agisce il NT

**Il fatto che si tratti di un PPSE o di un PPSI dipende dal tipo di recettore attivato

37

sinapsi

Registrazioni del PPS in punti del dendrite a distanze crescenti dal punto in cui la sinapsi è stata attivata

V

x

Il potenziale postsinaptico è locale

tratto di dendrite

38

Il potenziale postsinaptico è graduale

39

Sommazione temporale

È il caso di un unico terminale presinaptico che libera neurotrasmettitore ad ondate successive

40

Sommazione spaziale e inibizione

È il caso di più terminali presinaptici che liberano neurotrasmettitore contemporaneamente

41

Quesito del giorno

Il neurone al centro riceve cinque terminali sinaptici da altrettanti neuroni ciascuno dei quali forma più contatti sinaptici (il terminale f1 forma tre contatti, cinque f2, ecc.). Il terminale f4 libera un neurotrasmettitore che genera potenziali postsinaptici inibitori, mentre i potenziali postsinaptici generati dagli altri terminali sono eccitatori. Se il potenziale di riposo del neurone bersaglio è –70 mV e la soglia di eccitamento è posta a –55 mV, generando ciascuna sinapsi un potenziale postsinaptico di 1 mV in valore assoluto, stabilire se quel neurone può generare un potenziale d’azione quando tutte le sinapsi sono attivate contemporaneamente.

42

Agonista: Nicotina

Antagonista: d-tubocurarina

L’acetilcolina

43

Myasthenia Gravis• Caratteristica: debolezza e affaticabilità

• Causata da un attacco autoimmune mediato da anticorpi ai recettori Ach nel muscolo.

Normale Myasthenia gravis

44

Due-terzi dei recettori a livello della giunzione neuro-

muscolare non sono disponibiliNormale Myasthenia gravis

assone

sito di rilascio

vescicole

terminale nervoso

recettori per l’Ach

acetilcolinesterasimuscolo

45

Agonista: Muscarina

Antagonista: Atropina

L’acetilcolina

46

Agonista: Acido -amino butirrico

Antagonisti: Recettore GABAA bicucullina

Il GABA è un importante neurotrasmettitore inibitorio

47Agonista: acido glutamico

Il glutammato è il principale trasmettitore eccitatorio nel cervello

Recettori: AMPA e NMDA

48

Il recettore NMDA conduce solo quando 1. Il potenziale di membrana è più positivo di -30 mV2. È presente il glutammato

esterno

interno

Potenziale d’azione più glutammato canale funzionante

Ca2+

-30 mV

(le concentrazioni intracell. di glutammato e Mg2+ sono trascurabili)

Il recettore NMDA è coinvolto nella plasticità sinaptica

49

Il Potenziamento a Lungo Termine (PLT) come modalità di memorizzazione

Consiste in una facilitazione della trasmissione dell’eccitamento nelle giunzioni sinaptiche.

Si realizza in due fasi:

Induzione del PLT

Stabilizzazione del PLT

50

Quando il recettore AMPA è attivato ma il recettore NMDA bloccato, la sinapsi funziona perfettamente, viene prodotta una normale risposta postsinaptica, ma non può essere potenziata.

Induzione del PLT

51

Solo quando il blocco da Mg sui recettori NMDA viene rimosso e il Ca2+ può entrare attraverso il canale NMDA è possibile il PLT

Induzione del PLT

52


a livello presinaptico

53


a livello postsinaptico

54

Processi di rilascio

*PKC

AMPAR

NMDAR

fosforilazione

Ca++

Messaggeroretrogrado

*CaMK

*PKC

* = attivazione persistente

PLT precoce (memoria a breve termine)

Le proteinchinasi attivate agiscono su proteine preesistenti in attesa di essere attivate. Ad es., fosforilazione di recettori AMPA risposta postsinaptica più intensa a parità di glutammato liberato

55

PLT tardivo (memoria a lungo termine)

Implica la sintesi di nuove proteine

cAMP

nucleoespressione

genica

CREB

MAPK

CaMK

spina dendrite

PKA

sintesi proteica

corpo cellulare

CREB = Cyclic AMP-Response Element Binding ProteinMAPK = mitogen-activated protein kinase

56

Una forte stimolazione ad alta frequenza genera un PLT di lunga durata

La forte stimolazione porta alla creazione di un’etichetta molecolare sulla sinapsi (1)

Inoltre innesca processi molecolari (2)

che attivano geni all’interno del nucleo (3)

Le proteine sintetizzate (4) si rivelano efficienti solo presso quei siti dove si era prodotta l’etichetta (5)

1

PLT tardivo (a lunga durata)

57

Una SAF debole induce una forma di PLT di breve durata (PLT precoce) che non sollecita l’espressione genica né la sintesi proteica. Induce tuttavia la creazione dell’etichetta.

PLT precoce (a breve durata)

58

Il PLT precoce può trasformarsi in un PLT tardivo attraverso la coincidenza della SAF debole applicata a una via nervosa con la SAF forte collegata ad un’altra.

Ciò è possibile perché la SAF debole crea comunque un’etichetta riconosciuta dalle proteine prodotte dalla SAF forte dall’altra via nervosa.

Ciò può portare a:

Consolidamento della connessione col terminale presinaptico:• a livello postsinaptico rendendo disponibili più recettori AMPA• a livello presinaptico rendendo più efficiente il rilascio di neurotrasmettitore

Sviluppo contingente di nuove sinapsi mediante liberazione di neurotrofine dalla cellula postsinaptica

59

Dopamina: interviene a livello del SNC nella regolazione dei fenomeni comportamentali e dell’umore

Inibizione: cura di depressione e schizofrenia

Facilitazione eccessiva (anfetamine): sintomatologie di tipo schizofrenico

Scarsa produzione: morbo di Parkinson

Serotonina: interviene a livello del SNC abbassando il livello di attività dei centri encefalici e regolando i fenomeni percettivi

Inibizione: cura della depressione

Attivazione eccessiva (LSD): allucinazioni

Due esempi di neuromodulatori

Documents

Trasmissione Sinaptica