Le sinapsi a nastro
Dr. Paola Perin
Dipartimento di Scienze Fisiologiche-Farmacologiche
Cellulari-Molecolari – Università di Pavia
Localizzazione delle sinapsi a
nastro
Cellule ciliate
Fotorecettori
Cellule bipolari
Altre sinapsi a nastro si trovano anche nei pinealociti e negli elettrocettori dei pesci
Cellule con rilascio tonico di neurotrasmettitore (glutamato)
Non generano pda: potenziali < 1 mV modulano il release
100 volte + sensibili a DV delle sinapsi convenzionali
Corpi e nastri sinaptici
Cellula ciliata, sacculo di rana
Cellule ciliate vestibolari di mammifero
Cono, retina di mammifero
Cellula bipolare, retina di pesce
Freeze-fracture della zona attiva
Cellula ciliata
Le vescicole vengono rilasciate in zone attive definite
La disposizione delle zone attive e’ diversa
Giunzione neuromuscolare
Rilascio nelle sinapsi a nastro
Per I fotorecettori il problema principale e’ evitare la depressione sinaptica
Per le cellule ciliate e’ la sincronizzazione temporale e la compresenza di rilascio basale ed evocato
Per le cellule bipolari e’ la risposta fasica
Rilascio nelle sinapsi a nastro –
cellule bipolari
Le cellule bipolari ricevono un segnale che puo’ essere tonico ma danno un segnale fasico
Attivazione forte VOC: RRP con tasso di 300–500 Hz.
Attivazione debole VOC: rilascio del 20% del RRP e poi rallentamento fino a 10 volte.
Depressione sinaptica dovuta alla presenza di vescicole con diverse sensibilita’ per il Ca
(possibilmente per diversa localizzazione)
Rilascio nelle sinapsi a nastro –
cellule ciliate
Cellule ciliate acustiche
Devono trasmettere un segnale molto rapido
Il rilascio di trasmettitore segue l’andamento temporale degli stimoli fino a circa 1 kHz
Per suoni mantenuti nel tempo, si ha depressione sinaptica
Cellule ciliate vestibolari
Rapidita’ del segnale meno importante
Parziale attivazione del rilascio a riposo (NON massimale)
Non si osserva depressione sinaptica almeno per alcuni secondi di stimolazione massimale
Rilascio nelle sinapsi a nastro fotorecettori
Possono rimanere in condizioni di massima depolarizzazione per tempi molto lunghi (soprattutto I coni)
Le sinapsi dei fotorecettori devono essere in grado di rilasciare glutamato massimalmente per periodi prolungati
La velocita’ di rilascio non e’ un problema (la fototrasduzione e’ lenta)
Endocitosi (almeno nei coni) avviene per vescicole, non come “bulk”
Le vescicole endocitate sono subito disponibili ad un nuovo ciclo di rilascio
Endocitosi puo’ venire regolata dal Ca2+ nel terminale e dal GABA rilasciato dalle cellule orizzontali
Misure di rilascio
variazioni di capacita’
Capacita’ di un condensatore piano: C=k x A
fusione
vescicola
Cm
DCm
Alla esocitosi le vescicole si fondono con la membrana
plasmatica
E’ possibile rilevare le variazioni di capacita’ derivanti
dalla fusione esocitotica
VOCC
1 vescicola: 20-50 aF
Risoluzione del metodo: 5-10 fF
Si riescono a risolvere 100-500 vescicole
endocitosi
Le cellule ciliate rilasciano fino a 10000 vescicole al
secondo
Misure di rilascio - coloranti stirenici
Terminale di cellula bipolare
Verde: vescicole
Rosso:membrana
FM1-43 e derivati sono fluorescenti in ambiente lipidico ma si
ripartiscono bene in ambiente acquoso
Incubando le cellule con questo colorante le vescicole sinaptiche
attivamente rilasciate si colorano
Attivando l’esocitosi con le vescicole marcate il colorante viene
perso (bleaching)
TIRF: consente di veder eventi in prossimita’ della membrana
(<100nm)
La maggior parte delle vescicole vengono rilasciate in
corrispondenza dei corpi sinaptici
Alcune vescicole pero’ si fondono fuori dalle zone attive
preferenziali
Vescicole rilasciabili – cellula
bipolare
Terminale contiene 100000-200000 vescicole
55 sinapsi/terminale
Vescicole rilasciabili – cellule ciliate
1 cellula ciliata: 10-30 sinapsi nel soma
1 sinapsi: fino a 2500 vescicole
Rilascio massimale: fino a 500 vescicole/s
Elementi di una sinapsi
convenzionale
Sistema di riempimento vescicolare (trasportatore di neurotrasmettitore, H+-ATPasi)
Sistema di aggancio delle vescicole al citoscheletro sensibile al Ca2+ (sinapsina?)
Fonte di Ca2+ (canali voltaggio-dipendenti N e P/Q)
Sistema di sincronizzazione del rilascio (sinaptotagmina?)
Sistema di fusione (complesso SNARE)
Sistema di recupero (eterogeneo)
Elementi strutturali (piccolo, bassoon, etc)
Elementi di una sinapsi a nastro
Sistema di riempimento vescicolare (trasportatore di neurotrasmettitore, H+-ATPasi)
Sistema di aggancio delle vescicole al citoscheletro sensibile al Ca2+ (RIBEYE, ?)
Fonte di Ca2+ (canali voltaggio-dipendenti L)
Sistema di sincronizzazione del rilascio (sinaptotagmina?)
Sistema di fusione (complesso SNARE)
Sistema di recupero (eterogeneo)
Elementi strutturali (piccolo, bassoon, etc)
Struttura molecolare di una
sinapsi a nastro
Le molecole strutturali piccolo e bassoon servono ad ancorare il corpo sinaptico alla membrana
Struttura molecolare di una
sinapsi a nastro
Il corpo sinaptico e’ composto principalmente dalla proteina RIBEYE
I filamenti che collegano le vescicole non sono stati identificati
A livello del corpo sinaptico e’ stata osservata la miosina V: trasporto attivo delle vescicole?
Fonti presinaptiche di Ca2+
Canali di tipo T
Canali di tipo T
Canali di tipo L
Cellula bipolare
Cellula ciliata interna
Fonti presinaptiche addizionali di
Ca2+
Il rilascio e’ inibito dalla nimodipina
(antagonista dei canali L)
Il rilascio e’ inibito anche dalla rianodina
(antagonista di alcuni depositi intracellulari)
Cellula ciliata vestibolare di rana
Fonti presinaptiche addizionali di Ca2+
50 ms @ -20 mV
Depolarizzazioni brevi danno aumenti di Ca2+
transienti
500 ms @ -20 mV
Depolarizzazioni prolungate danno il via a
processi di amplificazione del Ca2+ (CICR)
sensibili alla rianodina
Fonti presinaptiche addizionali di
Ca2+
Nei coni, parte del Ca presinaptico entra attraverso canali CNG localizzati al terminale
Nelle cellule bipolari, stimoli deboli attivano I canali T, stimoli piu’ forti sia I T che gli L
Diversa cinetica di rilascio nelle due condizioni di stimolazione
Nelle cellule ciliate vestibolari, stimoli prolungati evocano un meccanismo di rilascio da stores intracellulari
Contrasta inattivazione delle correnti di Ca, consente rilascio prolungato
Canali del Ca2+ di tipo L
Cav1.1: canale del muscolo scheletrico
Cav1.2: canale del muscolo cardiaco, vascolatura, neuronale
Cav1.3: canale delle cellule ciliate (anche nei coni?)
Cav1.4: canale dei bastoncelli (anche delle cellule bipolari?), sistema immunitario
Sindromi e knock-out
Knock-out per Cav1.1: completa paralisi muscolare (letale subito dopo la nascita, mdg)
Knock-out per Cav1.2: letale in utero
Knock-out per Cav1.3: sordita’ completa, problemi cardiaci
Sindrome da cecita’ notturna legata all’X: mutazione in Cav1.4
Canali Cav1.3
Voltaggio-dipendenza (triangoli: canali
P/Q)
Cinetica di attivazione
m2 fit
Activation t
Cinetica di inattivazione
Canali Cav1.4
Voltaggio-dipendenza
Cinetica di inattivazione
Attivati lentamente, ma non hanno inattivazione Ca-dipendente
Plasticita’ dei corpi sinaptici
Nei fotorecettori la forma e le dimensioni dei corpi sinaptici variano durante il ciclo giorno-notte
Nelle cellule ciliate vestibolari I corpi sinaptici si modificano in condizioni di alterata gravita’
Pool vescicolari
nelle sinapsi a nastro
RRP: vescicole rilasciate rapidamente dopo
depolarizzazione
SRP: vescicole rilasciate con un ritardo
RRP corrisponde al numero di vescicole attaccate ai
corpi sinaptici (6000 nel terminale bipolare, 300 nelle
cellule ciliate acustiche)
Pool vescicolari nelle sinapsi a
nastro
Pool vescicolari nelle sinapsi a
nastro