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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.

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Presentation Transcript
le sinapsi a nastro

Le sinapsi a nastro

Dr. Paola Perin

Dipartimento di Scienze Fisiologiche-Farmacologiche

Cellulari-Molecolari – Università di Pavia

localizzazione delle sinapsi a nastro
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
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
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
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
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
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
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

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fusione

vescicola

VOCC

endocitosi

Misure di rilascio

variazioni di capacita’

Capacita’ di un condensatore piano: C=k x A

Alla esocitosi le vescicole si fondono con la membrana plasmatica

E’ possibile rilevare le variazioni di capacita’ derivanti dalla fusione esocitotica

1 vescicola: 20-50 aF

Risoluzione del metodo: 5-10 fF

Si riescono a risolvere 100-500 vescicole

Le cellule ciliate rilasciano fino a 10000 vescicole al secondo

DCm

Cm

misure di rilascio coloranti stirenici
Misure di rilascio - coloranti stirenici

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

Terminale di cellula bipolare

Verde: vescicole

Rosso:membrana

vescicole rilasciabili cellula bipolare
Vescicole rilasciabili – cellula bipolare

Terminale contiene 100000-200000 vescicole

55 sinapsi/terminale

vescicole rilasciabili cellule ciliate
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
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
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
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 nastro17
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 ca 2
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 ca 2
Fonti presinaptiche addizionali di Ca2+

Il rilascio e’ inibito anche dalla rianodina

(antagonista di alcuni depositi intracellulari)

Il rilascio e’ inibito dalla nimodipina

(antagonista dei canali L)

Cellula ciliata vestibolare di rana

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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 ca 221
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 ca 2 di tipo l
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

m2 fit

Activation t

Canali Cav1.3

Cinetica di attivazione

Voltaggio-dipendenza (triangoli: canali P/Q)

Cinetica di inattivazione

canali cav1 4
Canali Cav1.4

Cinetica di inattivazione

Voltaggio-dipendenza

Attivati lentamente, ma non hanno inattivazione Ca-dipendente

plasticita dei corpi sinaptici
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’

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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)