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-DG
Tetano: 250 Hz, 200 ms
Proprietà dell’LTP nelle sinapsi pp-DG e CA3-CA1:
cooperatività, specificità, associatività (I)
Stimoli di debole intensità
Stimoli di forte intensità
Campo CA1 dell’ippocampo
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 NMDAdipendente
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 ruolo
di 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