Come agisce il neurotrasmettitore
a livello della membrana
postsinaptica?
1
Attivazione diretta di un canale
da parte di un neurotrasmettitore
Recettore
chiuso
ACh
aperto
2
Recettori-canale
(recettori ionotropici)
•
Nicotinici (acetilcolina)
•
GABAergici di tipo A (GABA)
•
Glutamatergici (glutammato)
•
Glicinergici (glicina)
3
Apertura di un canale per azione di un neurotrasmettitore
mediante meccanismo indiretto
(recettori metabotropici)
A
Trasmettitore
Recettore
B
chiuso
aperto
G-proteina
È coinvolta una proteina G eterotrimerica
4
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
5
Il potenziale postsinaptico è locale
sinapsi
tratto di dendrite
V
x
Registrazioni del PPS in punti del dendrite a distanze crescenti dal
punto in cui la sinapsi è stata attivata
6
Il potenziale postsinaptico è graduale
7
Sommazione temporale
È il caso di un unico terminale
presinaptico che libera
neurotrasmettitore ad ondate
successive
PPS troppo distanziati temporalmente: Indipendenti, non c’è sommazione
DV
PPS ravvicinati temporalmente: c’è sommazione
DV
8
Sommazione spaziale e inibizione
È il caso di più terminali presinaptici che
liberano neurotrasmettitore
contemporaneamente
NB: si può avere sommazione tra PPS perché
i canali ionici
chemio-dipendenti non hanno refrattarietà.
9
Integrazione sinaptica
Il neurone, “bombardato” da input eccitatori ed inibitori, ne
calcola la media istante per istante
→ integrazione sinaptica.
10
Recettori per l’Acetilcolina :
sottotipo nicotinico
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Recettori Nicotinici
Modificazione
conformazionale del poro
del recettore nicotinico
Agonista: Nicotina
Antagonista: d-tubocurarina
La loro apertura determina un
flusso netto entrante di cariche +

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PPS eccitatorio
L’nAchR è una grossa molecola transmembranaria (p.m. ca. 300.000).
•5 subunità transmembrana denominate a (2), b, g e d
•Ciascuna con 4 STM
•Le subunità sono disposte ai vertici di un pentagono, in
cui tra due subunità-a è interposta una subunità-g.
I domini extracellulari sporgono di circa 100 Å
dalla superficie esterna della membrana
Le subunità formano al loro interno un "imbuto"
che inizia con un diametro di 20-25 Å e poi si
restringe progressivamente fino ad un diametro
critico di 9-10 Å.
I domini affacciati delle 5
subunità (segmenti S2)
costituiscono la "gate" del
canale.
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Filtro di selettività
Il canale è strettamente cationico (in quanto non
ammette il transito degli anioni), ma non discrimina in
modo significativo tra i diversi tipi di cationi
Le 5 subunità sono orientate in modo da rivolgere verso
l'interno del canale il proprio segmento S2, ricco di
residui aminoacidici portatori di carica parziale negativa
(Ser o Treo), ordinati in tre anelli successivi. La
repulsione elettrostatica esercitata da questo triplice
"filtro di selettività" sbarra il transito a tutti gli anioni.
Il transito pressoché indiscriminato dei cationi suggerisce che questi possano percorrere
il canale senza essere spogliati del proprio alone idrico di solvatazione.
Raggio anidro e idrato e spessore dell’alone idrico di
solvatazione (idratazione) di alcuni ioni di interesse
fisiologico
14
Siti di legame per l'Ach
Ogni recettore nicotinico possiede due siti di legame per una
molecola di Ach, disposti nelle subunità-a e, in parte, g e d.
Questi devono essere occupati contemporaneamente perchè il
recettore sia attivato.
Tra di essi sussiste cooperatività (il legame di una prima
molecola di Ach aumenta la probabilità di legame della
seconda).
Alla formazione delle pareti interne delle due "tasche"
partecipano 4 residui aminoacidici con carica parziale
positiva (Tyr e Trp) forniti dalle due subunità-a, più 2
residui aminoacidici con carica netta negativa (Glu e Asp)
forniti dalle subunità-g o -d.
Le cariche dei due gruppi di aa hanno una disposizione
spaziale che le affronta alle cariche parziali opposte
localizzate ai due estremi della molecola dell'Ach
15
Il "gating"
S2 presenterebbe un
"gomito" in
corrispondenza di un
residuo di leucina,
che partecipa
(assieme ad altri 4
residui di leucina)
alla formazione della
"gate“.
Quando 2 molecole di Ach si legano ai
rispettivi siti, gli S2 verrebbero fatti
ruotare di 90° sul proprio asse, passando
dalla posizione di "gate chiusa” alla
posizione di "gate aperta", in cui i
"gomiti" si allontanano dall'asse del poro
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Il recettore nicotinico "muscolare" (nAchR)M - Il recettore nicotinico della giunzione neuromuscolare dei
Mammiferi, almeno nella sua forma embrionale, ha una struttura molecolare molto simile a quella dell'(nAchR)T
della torpedine.
NB nelle sinapsi nicotiniche è anche presente
l’AchE …
Oltre che dall’a-bungarotossina, l’(nAchR)M è
bloccato selettivamente dalla d-Tubocurarina, il
noto principio attivo del Curaro
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Nella forma adulta, la subunità-g (presente nella forma embrionale) viene sostituita da una subunità-e, col
risultato che la struttura pentamerica dell'intera molecola diviene 2a,b,d,e.
Nelle diverse specie animali, le 5 subunità possono presentare lievi varianti, che però si riflettono in differenze
non trascurabili (affinità per l'Ach e per i farmaci mimetici o bloccanti, cinetica di attivazione e conduttanza
ionica.
Nonostante questa variabilità, l'assemblaggio dell'(nAchR)M è un processo altamente regolato, visto che in ogni
specie il recettore si presenta invariabilmente in una sola delle 208 diverse possibilità che potrebbero venire da
una combinazione casuale delle sue 5 subunità.
L’assemblaggio avviene nel reticolo endoplasmatico, con l'iniziale formazione di eterodimeri a-e (a-g nel
muscolo embrionale) ed a-d. Dopo che uno di essi sia passato nella forma trimerica legandosi ad una subunità b,
avviene la sintesi finale per legame di un eterotrimero con un eterodimero.
La rifinitura della molecola avviene poi nell'apparato del Golgi, per abbondante glicosilazione delle catene
destinate a sporgere dal lato extracellulare della membrana postsinaptica.
Al polo della molecola destinato a sporgere dal lato intracellulare, anche l'(nAchR)M presenta, come molti altri
recettori ionotropici, catene polipeptidiche disponibili alla fosforilazione. Questa interessa soprattutto aa
localizzati nell’ansa di collegamento tra S3 e S4 ed è promossa da varie protein-chinasi, specifiche per le diverse
subunità.
NB la fosforilazione accelera la desensitizzazione dell'(nAchR)M.
18
Il recettore nicotinico "nervoso" (nAchR)N - Gli (nAchR)N costituiscono, sia strutturalmente che
funzionalmente, un gruppo di nAchR distinto sia dagli (nAchR)T che dagli (nAchR)M.
Infatti, pur conservandone la tìpica struttura pentamerica:
a) sono costituiti da due soli tipi di subunità (a e b);
b) non presentano (o presentano poca) affinità per l'a-bungarotossina.
L'analisi strutturale delle subunità degli (nAchR)N ha rivelato che ne esistono numerose varianti: 9 per la a (!!) e
4 per la b.
Questa molteplicità delle subunità-a e -b degli (nAchR)N ha fatto denominare "a1" e "b1" quelle degli (nAchR)
muscolari.
In diverse parti del SN, le subunità a e b si possono presentare combinate tra loro in modo estremamente vario:
una stessa subunità-a si può unire a subunità-b uguali (esempio 1) o diverse, ed esistono perfino (nAchR)N
omopentamerici, costituiti dall'assemblaggio di una stessa subunità-a (esempio 2). La diversità strutturale si
riflette in un'enorme variabilità delle proprietà funzionali degli nAchR "nervosi" (conduttanza di singolo canale,
sensibilità ai farmaci o velocità di desensitizzazione), tanto da renderne praticamente impossibile una
classificazione sistematica su base funzionale.
19
Recettori-canale -10
Una tale variabilità può essere forse correlata con le funzioni molto diversificate che i recettori nicotinici sono
chiamati a svolgere nel sistema nervoso: oltre al classico ruolo di recettori postsinaptici (che si ritrova
tipicamente nelle sinapsi gangliari del sistema nervoso vegetativo), molti svolgono il ruolo di autorecettori o
eterorecettori nelle membrane presinaptiche (pag. 71). Altri appaiono implicati in funzioni neuroniche di ordine
psicofisico, ad esempio quelle da cui viene la ben nota dipendenza dal fumo del tabacco.
Anche gli (nAchR)N sono generalmente canali cationici; è interessante però ricordare che alcuni sottotipi
presentano una permeabilità preferenziale al Ca2+, tanto che la loro attivazione può determinare un aumento del
livello citosolico di questo catione pari a quello che si avrebbe in seguito all'apertura di canali al Ca2+ voltaggiodipendenti.
La velocità di desensitizzazione degli nAchR "nervosi" è generalmente più rapida di quella dei "muscolari", ma
anche in questo caso è impossibile stabilire una regola: alcuni sottotipi hanno una desensitizzazione talmente
lenta da essere trascurabile, in altri la desensitizzazione è talmente rapida da abbreviare la durata del potenziale
postsinaptico.
La grande variabilità delle proprietà funzionali degli (nAchR)N non rappresenta un'eccezione, ma è piuttosto la
regola per gli altri recettori ionotropici.
20
La tecnica del voltage clamp consente di ottenere indicazioni sulla natura delle specie
ioniche che portano la corrente attraverso l’nAchR. A questo scopo, occorre determinare
il potenziale d’inversione della corrente (Einv):
I = g (Vm-Einv)
cioè quel valore di Vm al quale la corrente s’annulla ed oltre al quale s’inverte di segno.
Corrente postsinaptica nella giunzione
neuromuscolare nella Rana (“corrente di
placca”), ottenuta stimolando una fibra
nervosa motrice mentre il potenziale della
membrana postsi-naptica viene “bloccato” a
diversi valori.
21
Quando le cose non funzionano:
Myasthenia Gravis
• Caratteristica: debolezza e affaticabilità ereditaria
della muscolatura scheletrica volontaria
• Causata da un attacco autoimmune mediato da
anticorpi ai recettori nicotinici per l’Ach nel muscolo.
Normale
Myasthenia gravis
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Due-terzi dei recettori a livello
della giunzione neuromuscolare non sono disponibili
Myasthenia gravis
Normale
assone
vescicole
terminale
nervoso
sito di
rilascio
recettori
per l’Ach
muscolo
acetilcolinesterasi
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Recettori per l’Acetilcolina :
sottotipo muscarinico
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Recettori Muscarinici per l’Ach
Agonista: Muscarina
Antagonista: Atropina
25
Il GABA è un importante neurotrasmettitore inibitorio
Agonista: Acido g-amino butirrico
Antagonisti: Recettore GABAA bicucullina
26
Il glutammato è il principale trasmettitore
eccitatorio nel cervello
Recettori: AMPA e NMDA
Agonista: acido glutamico
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Sottotipi principali di recettori glutamatergici
AMPA:
Agonista: acido aminoidrossi-metilisossazol-propionico
Ioni permeanti: Na, Ca
NMDA:
Agonista: acido N-metil d-aspartico
Ioni permeanti: Ca
28
Il recettore NMDA conduce solo quando
1. Il potenziale di membrana è più positivo di -30 mV
2. È presente il glutammato
Forte depolarizzazione
del terminale postsinapt.
(ad es. potenziale d’azione)
+
glutammato

canale
Ca2+funzionante
-30 mV
esterno
interno
Il recettore NMDA è coinvolto nella plasticità sinaptica
29
Il Potenziamento dell’attività sinaptica
come modalità di memorizzazione (?)
Consiste in una facilitazione della trasmissione dell’eccitamento
nelle giunzioni sinaptiche.
30
Na+
Na+
NMDAR
NMDAR
AMPAR
Mg++
Glutamato
AMPAR
NMDAR
NMDAR
AMPAR
AMPAR
Glutamato
Potenziamento
Potenziale d’azione
Potenziale d’azione
Trasmissione Sinaptica
Mg++
Ca++
CaMKII
PKA
PKA
MAPK
CREB = Cyclic AMP-Response Element Binding Protein
MAPK = mitogen-activated protein kinase
CREB
Espress. Genica
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Potenziamento precoce (memoria a breve termine?)
Le protein-chinasi 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
Cambiamenti nel
citoscheletro
fosforilazione
AMPAR
*CaMK
Processi
di rilascio
*PKC
*PKC
NMDAR
Ca++
Messaggero
retrogrado
32
Potenziamento tardivo (memoria a lungo termine?)
Implica la sintesi di nuove proteine
spina
dendrite
cAMP
CaMK
MAPK
PKA
sintesi
proteica
CREB
corpo
cellulare
nucleo
espressione
genica
CREB = Cyclic AMP-Response Element Binding Protein
MAPK = mitogen-activated protein kinase
33
FINE
34