COMUNICAZIONE INTERCELLULARE
NEL SISTEMA NERVOSO
•Si verifica attraverso sinapsi, zone di
contatto fra un neurone e la cellula
bersaglio (un neurone o una cellula
non neuronale)
•Le sinapsi, in base al tipo di segnale
che viene trasmesso, sono dette
elettriche o chimiche
SINAPSI ELETTRICHE
Conducono segnali elettrici
direttamente
dal citoplasma di una cellula a quello di
un’altra attraverso giunzioni comunicanti
PROPRIETA’
•Fattore che opera la trasmissione: correnti ioniche
•Ritardo
con
cui
avviene
la
trasmissione:
praticamente assente
•Direzione
della
trasmissione:
generalmente
bidirezionale
•Adatte a sincronizzare l’attività elettrica di un
gruppo di cellule
•SNC, cellule muscolari lisce e cardiache, recettori
sensoriali
SINAPSI ELETTRICHE
E SINAPSI CHIMICHE
SINAPSI ELETTRICHE
E SINAPSI CHIMICHE
SINAPSI ELETTRICHE
SINAPSI ELETTRICHE
SINAPSI ELETTRICHE
SINAPSI ELETTRICHE
SINAPSI ELETTRICHE
SINAPSI CHIMICHE
Usano sostanze chimiche per trasmettere
informazioni tra le cellule
PROPRIETA’
•Fattore
che
opera
la
trasmissione:
neurotrasmettitore
•Ritardo
con
cui
avviene
la
trasmissione:
apprezzabile, al minimo 0.3 ms
•Direzione della trasmissione: unidirezionale
•Composte da tre parti: terminale assonale della
cellula presinaptica, vallo sinaptico, membrana
della cellula postsinaptica
•Componenti ultrastrutturali: vescicole sinaptiche,
recettori postsinaptici e canali ionici
•La trasmissione può essere diretta o indiretta
SINAPSI CHIMICHE
SINAPSI CHIMICHE
Segnali elettrici
CICLO DELLE VESCICOLE SINAPTICHE
I precursori delle vescicole sono
inizialmente prodotti nel soma
del
neurone
(reticolo
endoplasmatico e apparato del
Golgi) Il riciclaggio è funzionale
alla particolare anatomia del
neurone.
EVENTI PRESINAPTICI
•RUOLO DELLO IONE CALCIO NELLA
REGOLAZIONE DELL’ESOCITOSI DEL
NEUROTRASMETTITORE
EVENTI PRESINAPTICI
RUOLO DELLO IONE CALCIO
EVENTI PRESINAPTICI
RUOLO DELLO IONE CALCIO
EVENTI PRESINAPTICI
RUOLO DELLO IONE CALCIO
RILASCIO DEL NEUROTRASMETTITORE
MODELLI DI SECREZIONE
•ESOCITOSI CLASSICA: LA MEMBRANA DELLA
VESCICOLA SI FONDE CON LA MEMBRANA DEL
TERMINALE SINAPTICO
•PORO DI FUSIONE (KISS AND RUN): LE VESCICOLE
SI FONDONO SOLO IN CORRISPONDENZA DI UN
COMPLESSO, IL PORO DI FUSIONE. SI APRE UN
PICCOLO CANALE CHE PERMETTE IL PASSAGGIO
DEL NEUROTRASMETTITORE
PROTEINE DI ANCORAGGIO E DI FUSIONE
DELLE VESCICOLE SINAPTICHE
•SOLO UN NUMERO LIMITATO DI VESCICOLE E’
LOCALIZZATO A LIVELLO DELLE ZONE ATTIVE; LA
MAGGIORANZA E’ LEGATA IN PROSSIMITA’ A
FILAMENTI DEL CITOSCHELETRO GRAZIE A UN
GRUPPO DI PROTEINE (SINAPSINE).
•ALTRE PROTEINE INDIRIZZANO LE VESCICOLE
VERSO I SITI DI ANCORAGGIO DELLE ZONE ATTIVE
DELLA MEMBRANA PRESINAPTICA.
PROTEINE DI ANCORAGGIO E DI FUSIONE
DELLE VESCICOLE SINAPTICHE
•LE VESCICOLE SONO ANCORATE GRAZIE ALLA
FORMAZIONE DI UN COMPLESSO PROTEICO CHE SI
GENERA DALL’INTERAZIONE DI UN GRUPPO DI
PROTEINE CHIAMATE SNARE:
•PROTEINE
DONATRICI
(INTRINSECHE
ALLA
MEMBRANA
DELLA
VESCICOLA,
SINAPTOBREVINA)
•RECETTRICI (INTRINSECHE ALLA
PLASMATICA, SNAP 25, SINTAXINA)
MEMBRANA
•UN GRUPPO DI PROTEINE CITOPLASMATICHE
REGOLA L’ASSEMBLAGGIO DELLE SNARE
PROTEINE DI ANCORAGGIO E DI FUSIONE
DELLE VESCICOLE SINAPTICHE
•UNA PROTEINA DELLE VESCICOLE, LA
SINAPTOTAGMINA I, LEGA GLI IONI CALCIO,
ED E’ IMPLICATA NEL MECCANISMO DI
AVVIO DELL’ESOCITOSI.
•E’ IL PROBABILE BERSAGLIO, UNITAMENTE
ALLE NEUREXINE, DELLA a-LATROTOSSINA
(VEDOVA
NERA),
CHE
CAUSA
UNA
MASSICCIA LIBERAZIONE DI VESCICOLE
ANCHE IN ASSENZA DI CALCIO NEL MEZZO
EXTRACELLULARE
PROTEINE DI ANCORAGGIO E DI FUSIONE
DELLE VESCICOLE SINAPTICHE
•NEUROTOSSINE DI ORIGINE BATTERICA
(CLOSTRIDIUM), TOSSINA TETANICA E
BOTULINICA,
BLOCCANO
L’ESOCITOSI
LEGANDOSI A SPECIFICHE PROTEINE DEL
COMPLESSO
DI
ANCORAGGIO.
SONO
PROTEASI SPECIFICHE DELLE PROTEINE
SNARE
PROTEINE DI ANCORAGGIO E DI FUSIONE
DELLE VESCICOLE SINAPTICHE
PROTEINE DI ANCORAGGIO E DI FUSIONE
DELLE VESCICOLE SINAPTICHE
O SINAPTOBREVINA
NEUROTRASMETTITORI
•I NEUROTRASMETTITORI RILASCIATI NEL VALLO
SINAPTICO RAGGIUNGONO PER DIFFUSIONE LA
MEMBRANA POSTSINAPTICA DOVE SI LEGANO A
SPECIFICI RECETTORI
•OGNI VESCICOLA CONTIENE UNA
FISSA
DI
NEUROTRASMETTITORE:
QUANTALE
QUANTITA’
RILASCIO
•L’AZIONE DEL NEUROTRASMETTITORE TERMINA
PER RICAPTAZIONE NEL TERMINALE SINAPTICO,
PER
ALLONTANAMENTO
DALLA
SINAPSI
O
PERCHE’, COME NEL CASO DELL’ACETILCOLINA
(ACh), PER DEGRADAZIONE ENZIMATICA NEL
VALLO SINAPTICO
RILASCIO QUANTALE
I neurotrasmettitori vengono liberati per piccole quantità
incrementali o quanti. Ogni quanto produce un potenziale
post-sinaptico unitario di ampiezza pressochè costante. Un
quanto di neurotrasmettitore è racchiuso all’interno di una
singola vescicola sinaptica.
NEUROTRASMETTITORI
AMINE
PURINE: ADENOSINA MONOFOSFATO
(AMP), ADENOSINA TRIFOSFATO(ATP)
NEUROTRASMETTITORI NON
CONVENZIONALI:
•GAS: MONOSSIDO DI AZOTO,
MONOSSIDO DI CARBONIO
•ACIDI GRASSI LIBERI: ACIDO
ARACHIDONICO, endocannabinoidi
NEUROTRASMETTITORI
LIBERAZIONE DI NEUROTRASMETTITORI E
CO-TRASMETTITORI
EVENTI POSTSINAPTICI
•IL LEGAME DEL NEUROSMETTITTORE CON IL
RECETTORE AVVIA UNA SERIE DI RISPOSTE NELLA
CELLULA POSTSINAPTICA CHE CULMINANO CON LA
GENESI DI UN POTENZIALE POSTSINAPTICO OSSIA
IN UNA VARIAZIONE DEL POTENZIALE DELLA
MEMBRANA POSTSINAPTICA
•I POTENZIALI POSTSINAPTICI SONO SEGNALI
GRADUATI
(AMPIEZZA
PROPORZIONALE
ALLO
STIMOLO)
CHE
SI
PROPAGANO
ELETTROTONICAMENTE LUNGO LA MEMBRANA
• POSSONO ESSERE ECCITATORI (EPSP, FACILITANO
LA GENESI DI UN PDA, DEPOLARIZZANTI) O
INIBITORI (IPSP, SFAVORISCONO LA GENESI DI PDA,
IPERPOLARIZZANTI).
EVENTI POSTSINAPTICI
•I POTENZIALI POSTSINAPTICI POSSONO ESSERE
CLASSIFICATI IN RISPOSTE RAPIDE O LENTE
•IN ENTRAMBI I CASI IL NEUROTRASMETTORE
REGOLA,
DIRETTAMENTE
O
INDIRETTAMENTE,
L’ATTIVITA’ DI CANALI IONICI
•NEL CASO DI TRASMISSIONE CHIMICA DIRETTA, IL
NEUROTRASMETTITORE SI LEGA A RECETTORICANALE (IONOTROPI) APRENDOLI E SI GENERANO
RISPOSTE DI TIPO RAPIDO (EPSP O IPSP)
•NEL CASO DI TRASMISSIONE CHIMICA INDIRETTA,
IL NEUROTRASMETTITORE SI LEGA A RECETTORI
(METABOTROPI) ACCOPPIATI A PROTEINE G E A
SISTEMI DI SECONDI MESSAGGERI, CHE REGOLANO
CANALI IONICI APRENDOLI O CHIUDENDOLI. IN
QUESTO CASO SI GENERANO RISPOSTE DI TIPO
LENTO (EPSP O IPSP).
RISPOSTE RAPIDE E LENTE
EVENTI POSTSINAPTICI
EVENTI POSTSINAPTICI
TRASMISSIONE CHIMICA DIRETTA:
GIUNZIONE NEUROMUSCOLARE
O
PLACCA MOTRICE
GIUNZIONE NEUROMUSCOLARE
GIUNZIONE NEUROMUSCOLARE
GIUNZIONE NEUROMUSCOLARE
GIUNZIONE NEUROMUSCOLARE
(Colina Acetiltransferasi)
GIUNZIONE NEUROMUSCOLARE
GIUNZIONE NEUROMUSCOLARE
GIUNZIONE NEUROMUSCOLARE
TRASMISSIONE CHIMICA INDIRETTA
•Recettori metabotropici e trasduzione del
segnale
TRASMISSIONE CHIMICA INDIRETTA
TRASMISSIONE CHIMICA INDIRETTA
TRASMISSIONE CHIMICA INDIRETTA
VIE DI TRASDUZIONE DEL SEGNALE
PROTEINE-G TRIMERICHE
PROTEINE-G TRIMERICHE
I MESSAGGERI INTRACELLULARI
Nucleotidi ciclici
Nucleotidi ciclici
Nucleotidi ciclici
Nucleotidi ciclici
I MESSAGGERI INTRACELLULARI
L’inositolo trifosfato
Lo ione calcio
OMEOSTASI DEL CALCIO INTRACELLULARE
Proteine effettrici
Proteine tampone
CALCIO E PROTEIN CHINASI
I MESSAGGERI INTRACELLULARI
L’acido arachidonico
ACIDO ARACHIDONICO
MODULAZIONE DEI CANALI IONICI
MODULAZIONE DEI CANALI IONICI
MODULAZIONE DEI CANALI IONICI
MESSAGGERI RETROGRADI
TRASMISSIONE SINAPTICA NEL
SISTEMA NERVOSO
PIU’ COMPLESSA DELLA TRASMISSIONE
NEUROMUSCOLARE :
UN
NEURONE
CENTRALE
SIMULTANEMENTE
SEGNALI
NEURONI
RICEVE
(E
INVIA)
DA NUMEROSI ALTRI
LE SINAPSI SONO SIA ECCITATORIE CHE INIBITORIE
UNO STESSO NEUROTRASMETTITORE PUO’ LEGARSI A
DIFFERENTI RECETTORI
UNO STESSO NEUROTRASMETTITORE PUO’ MODULARE
L’ATTIVITA’ DI DIFFERENTI TIPI DI CANALI IONICI
UN NEURONE CENTRALE INTEGRA I SEGNALI IN
ENTRATA E GENERA UNA RISPOSTA
Le sinapsi si formano tipicamente nei dendriti e nel soma; possono formarsi
sull’assone o sul terminale assonale.
10.000 sinapsi
150.000
sinapsi
TIPI DI SINAPSI
•L’EFFICACIA
DEI
POTENZIALI
SINAPTICI
PRODOTTI DA DUE DIVERSI NEURONI IN PUNTI
DIVERSI
DEL
NEURONE
POSTSINAPTICO
DIPENDE DALLA DISTANZA CHE IL POTENZIALE
SINAPTICO DEVE PERCORRERE PRIMA DI
ARRIVARE NELLA ZONA DI INNESCO DEL
POTENZIALE D’AZIONE.
•PER QUESTA RAGIONE LE SINAPSI INIBITORIE
SONO SPESSO ASSO-SOMATICHE.
SOMMAZIONE
SOMMAZIONE ALGEBRICA
PROPRIETA’ DI SOMMAZIONE
•SOMMAZIONE SPAZIALE:
SOMMA DEI POTENZIALI GRADUATI CHE SI
GENERANO IN RISPOSTA ALL’ARRIVO DI
STIMOLI SIMULTANEI IN DIVERSE ZONE DEL
NEURONE
•SOMMAZIONE TEMPORALE
SOMMA DI POTENZIALI GRADUATI CHE SI
GENERANO IN RAPIDA SUCCESSIONE IN
UNA STESSA ZONA DEL NEURONE
SOMMAZIONE
MODULAZIONE
MODULAZIONE POSTSINAPTICA:
SI
VERIFICA
QUANDO
UN
NEURONE
POSTSINAPTICO E’ BERSAGLIO DI ALMENO
DUE
NEURONI
PRESINAPTICI
CHE
RILASCIANO NEUROTRASMETTITORI DIVERSI.
IL NEURONE DETTO MODULATORE RILASCIA
UN NEUROTRASMETTITORE (SOLITAMENTE
INIBITORIO) SULLA CELLULA POSTSINAPTICA
CHE MODIFICA LA RISPOSTA INDOTTA DALLA
TRASMISSIONE
SINAPTICA
DELL’ALTRO
NEURONE PRESINAPTICO
INIBIZIONE POSTSINAPTICA
MODULAZIONE
MODULAZIONE PRESINAPTICA
•INIBIZIONE
PRESINAPTICA:
IL
NEURONE
MODULATORE
DIMINUISCE
IL
RILASCIO
DI
NEUROTRASMETTITORE
DALLA
CELLULA
PRESINAPTICA
•FACILITAZIONE
PRESINAPTICA:
IL
NEURONE
MODULATORE
INCREMENTA
IL
RILASCIO
DI
NEUROTRASMETTITORE
DALLA
CELLULA
PRESINAPTICA
INIBIZIONE PRESINAPTICA
UN NEURONE INIBITORIO PUO’ ESERCITARE LA
SUA AZIONE FORMANDO SINAPSI SULLA
TERMINAZIONE PRESINAPTICA DI UN ASSONE
ECCITATORIO. IN QUESTO MODO IL NEURONE
INIBITORIO
(NEURONE
MODULATORE)
DETERMINA UNA RIDUZIONE DELLA QUANTITA’
DI NEUROTRASMETTITORE RILASCIATO DALLA
TERMINAZIONE ECCITATORIA. IL NEURONE
POSTSINAPTICO RICEVE COSI’ UNA MINORE
QUANTITA’ DI NEUROTRASMETTITORE E SI
GENERA UN EPSP DI AMPIEZZA RIDOTTA.
INIBIZIONE PRESINAPTICA
PLASTICITA’ SINAPTICA
Le connessioni sinaptiche si modificano con
l’attività sinaptica
•Modificazioni a breve termine:
•Facilitazione, depressione, potenziamento
post-tetanico
•Modificazioni a lungo termine
•Potenziamento a lungo termine LTP
•Depressione a lungo termine LTD
Apprendimento di nuovi compiti e acquisizione
di nuova memoria
PLASTICITA’ SINAPTICA A
BREVE TERMINE
Molte forme sono provocate da un’azione
prolungata degli ioni calcio nella terminazione
presinaptica e inducono un incremento del
rilascio di neurotrasmettitori: facilitazione e
potenziamento
La depressione sinaptica provoca una riduzione
del rilascio di neurotrasmettitore durante una
prolungata attività sinaptica
FACILITAZIONE
Si verifica quando uno o più potenziali
d’azione
invadono
la
terminazione
sinaptica in rapida successione. Produce
l’aumento dell’ampiezza del potenziale
post-sinaptico. Permane per decine di
millisecondi
il
calcio
entra
rapidamente
nella
terminazione ma i meccanismi che lo
riportano ai valori basali sono più lenti. Si
accumula nella terminazione presinaptica.
Il pda successivo produce un maggior
rilascio.
FACILITAZIONE
DEPRESSIONE SINAPTICA
Riduzione del rilascio di neurotrasmettitore
durante una prolungata attività sinaptica
Ipotesi della deplezione delle vescicole: quando
l’attività sinaptica è elevata si riduce il numero di
vescicole disponibili per l’esocitosi
E’ necessario attendere che la scorta di vescicole
di
riserva,
ancorate
al
citoscheletro,
sia
mobilizzata
e
venga
resa
disponibile
per
l’esocitosi.
POTENZIAMENTO POST-TETANICO (PPT)
Agisce per un periodo di tempo compreso da
decimi di secondo ad alcuni minuti
Consiste in un aumento dell’ampiezza dei
potenziali post-sinaptici che si instaura dopo un
periodo di stimolazione ad alta frequenza
Meccanismo
non
ancora
chiarito:
azione
dell’attivazione di proteine chinasi presinaptiche
su bersagli molecolari che regolano l’esocitosi
delle vescicole e il rilascio del neurotrasmettitore
POTENZIAMENTO POST-TETANICO (PPT)
MEMORIA A BREVE TERMINE
POTENZIAMENTO A LUNGO TERMINE
•AUMENTO
DELL’EFFICACIA
TRASMISSIONE
SINAPTICA
PER
SETTIMANE e MESI
DELLA
GIORNI
O
•L’ATTIVITA’ DI UNA SINAPSI INDUCE UN
DURATURO CAMBIAMENTO DELLA QUALITA’ O
DELLA QUANTITA’ DELLE SINAPSI
•Modifiche presinaptiche
•Modifiche postsinaptiche
•Modifiche strutturali
POTENZIAMENTO A LUNGO TERMINE
POTENZIAMENTO A LUNGO TERMINE
POTENZIAMENTO A LUNGO TERMINE
ATTIVITA’ COINCIDENTE DELL’ELEMENTO PRE- E POSTSINAPTICO RINFORZANO LA CONNESSIONE SINAPTICA
POTENZIAMENTO A LUNGO TERMINE
POTENZIAMENTO A LUNGO TERMINE
PLASTICITA’SINAPTICA