Tema 8 Secreció de neurotransmissors (2017)

Apunte Catalán
Universidad Universidad de Barcelona (UB)
Grado Biología - 4º curso
Asignatura Neurobiologia
Profesor F.A.
Año del apunte 2017
Páginas 9
Fecha de subida 23/10/2017
Descargas 0
Subido por

Vista previa del texto

NEUROBIOLOGIA Tema 8 Tema 8 Secreció de neurotransmissors Alliberació quàntica dels neurotransmissors Bernard Katz va estudiar les sinapsis entre les neurones motores de la medul·la espinal i el múscul esquelètic (plaques terminals).
L’axó de la neurona motora que innerva la fibra muscular es estimulat amb un elèctrode extracel·lular, mentre s’insereix un microelèctrode intracel·lular a la cèl·lula muscular post-sinàptica per registrar les seves respostes elèctriques.
Els potencials de membrana de la placa terminal (PPT) provocats per l’estimulació de la neurona motora es troben normalment per sobre del llindar, i per tant, produeixen un PA a la cèl·lula muscular post-sinàptica. Els PPT en miniatura (PPTM) espontanis es desenvolupen en absència d’estimulació pre-sinàptica. Quan la unió neuromuscular es mulla en una solució que té baixa concentració d’ions calci, l’estimulació de la neurona motora provoca PPT amb amplituds reduïdes fins la mida aproximada dels PPTM.
Aquests anàlisis van confirmar la idea de que l’alliberació d’acetilcolina es fa en paquets separats, i cadascun equival a un PPTM. Per tant, un PA pre-sinàptic produeix un PPT postsinàptic perquè sincronitza l’alliberació de molts quantums del transmissor.
Alliberació dels neurotransmissors de les vesícules sinàptiques Després del descobriment de que els neurotransmissors s’alliberaven en quantums, va sorgir la pregunta de com es formaven aquests paquets. La microscòpia electrònica va permetre trobar vesícules sinàptiques a les terminacions pre-sinàptiques. Es va arribar a la conclusió de que les vesícules sinàptiques carregades de neurotransmissors formaven els quantums.
Hi ha dos tipus de vesícules: • Fons clar: 50 nm de diàmetre. Amb transmissors clàssics: una vesícula conté 10.000 molècules d’ACh (aprox).
• Fons fosc: 400-500 nm, denses. Amb neuropèptids.
Per provar que els quantums són causats per la fusió de vesícules sinàptiques individuals amb la membrana plasmàtica es va demostrar que cada vesícula fusionada produïa el registre postsinàptic d’un únic esdeveniment quàntic.
NEUROBIOLOGIA Tema 8 Es va utilitzar una tècnica especial de microscòpia electrònica, la microscòpia de criofractura, per visualitzar la funció de les vesícules pre-sinàptiques de neurones motores de granota.
Es va determinar el nombre de vesícules que es fusionaven amb la membrana plasmàtica pre-sinàptica en les terminacions que havien estat tractades amb una droga (4-aminopiridina) que augmentava la quantitat de d’esdeveniments de fusió de vesícules produïts pels PA aïllats.
Es van efectuar mesures elèctriques paral·leles del contingut quàntic dels PPT així obtinguts. La comparació de la quantitat de fusions de vesícules sinàptiques observades amb microscòpia electrònica i la quantitat de quantums alliberats a la sinapsis va mostrar que la correlació entre les dues mesures era bona.
Paper del calci a la secreció En els experiments de Katz es va veure que la disminució de la concentració de Ca 2+ a l’exterior d’una terminació nerviosa motora pre-sinàptica reduïa la mida del PPT, perquè disminuïa el nombre de vesícules que es fusionaven amb la membrana plasmàtica pre-sinàptica.
Les terminacions pre-sinàptiques tenen canals de calci depenents de voltatge. Encara que es bloquegin els canals de sodi amb tetradoxina, el corrent elèctric segueix fluint pels canals de calci, que substitueixen el corrent transportat pels canals de sodi bloquejats.
Experiments amb axó gegant de calamar van mostrar que la quantitat de neurotransmissors alliberats és molt sensible a la quantitat exacta de calci que entra a la neurona. El bloqueig dels canals de calci amb fàrmacs inhibeix l’alliberació de neurotransmissors.
Per tant, es va concloure que els potencials d’acció post-sinàptics obren els canals de calci depenents de voltatge, que resulta en un influx de l’ió.
NEUROBIOLOGIA Tema 8 La velocitat d’alliberació depèn del neurotransmissor: l’alliberació de ACh es fa en milisegons, però els neuropèptids necessiten descàrregues d’alta freqüència de potencials d’acció durant molts segons. Aquestes diferencies possiblement sorgeixen de la diferent disposició espacial que prenen les vesícules en relació als canals de calci pre-sinàptics.
Els canals de calci es concentren a hot spots per la secreció, la zona activa. Es generen microdominis.
NEUROBIOLOGIA Tema 8 Reciclatge local de les vesícules sinàptiques Cicle de les vesícules sinàptiques La fusió de les vesícules sinàptiques fa que s’afegeixi nova membrana a la membrana plasmàtica de la terminació pre-sinàptica, però no dura molt allà.
La membrana de la vesícula es recuperada i captada novament al citoplasma de la terminació nerviosa per endocitosi, que s’activa per potencials d’acció. La membrana va a parar a orgànuls endocitòsics especials, vesícules amb coberta (de clatrina). Aquestes vesícules desapareixen i la membrana s’acumula a l’endosoma. Aproximadament 1h després de l’endocitosi, apareixen noves vesícules sinàptiques formades gràcies al reciclatge de la membrana de les vesícules anteriors.
Les vesícules noves s’emmagatzemen en un pool de reserva, ancorat a la membrana plasmàtica pre-sinàptica i són preparades per participar en una nova alliberació de neurotransmissors.
Els precursors de les vesícules sinàptiques es produeixen al reticle endoplasmàtic i a l’aparell de Golgi, al soma de les neurones, però degut a la llarga distancia entre el soma i el terminal sinàptic, el transport de les vesícules des del soma no permetria que les vesícules s’omplissin amb rapidesa durant l’activitat neuronal continua. Per tant, el reciclat local és molt important .
NEUROBIOLOGIA Mecanisme d’alliberament i molècules participants Les vesícules sinàptiques tenen la seva membrana densament coberta per proteïnes.
Tema 8 NEUROBIOLOGIA Les vesícules es divideixen en tres pools diferents: • Pool de reseva: conté el 80-90% de les vesícules totals.
• Pool de reciclatge: conté entre el 5% i el 20% de les vesícules totals.
• Pool de vesícules llestes per ser alliberades: a la zona activa. 0.1-2%.
Models d’alliberament i reciclatge • Kiss and stay: reutilització. Les vesícules endociten per tancament del porus de fusió i es tornen a omplir de neurotransmissors mentre es mantenen a la zona activa.
Freqüències d’estimulació ràpides i de baix voltatge.
• Kiss and run: reutilització. La ruta de reciclatge local és independent de clatrina, però el resultat és la mescla de vesícules amb la pool de reserva després de la endocitosi.
Freqüències d’estimulació ràpides i de baix voltatge.
• Reciclatge endosomal: les vesícules són sotmeses a endocitosis per clatrina i es reciclen, directa o indirectament mitjançant endosomes. Freqüències d’estimulació lentes i d’alt voltatge.
Tema 8 NEUROBIOLOGIA Tema 8 Molècules participants en l’alliberació • Sinapsina: es troba soluble al citosol (defosforilada) mantenint les vesícules fixades entre elles dins el pool de reserva amb enllaços creuats entre si i a filaments d’actina. Quan es fosforila la sinapsina per CaMKII (calmodulina dependent de proteïna quinasa II), aquesta perd l’afinitat per les vesícules, que es dirigeixen cap a la membrana plasmàtica.
L’alliberament consisteix en tres passos: 1. Docking: les vesícules s’ancoren prop de la membrana plasmàtica.
a. Rab 13: GTPases monomèriques que s’encarreguen de direccionar les vesícules.
b. Munc 18: interacciona amb molècules importants per ancorar.
2. Priming: les vesícules preparades poden ser induïdes a fusionar-se amb la membrana plasmàtica per despolarització d’aquesta amb substàncies (alta concentració d’ions potassi i elevats nivells d’ions calci). S’encarreguen diferents proteïnes SNARE, que preparen la vesícula col·locant-la correctament perquè es fusioni amb la membrana quan hi hagi un augment de calci intracel·lular.
a. Sinaptobrevina: VAMP2. Es troba a la membrana de la vesícula.
b. Sintaxina i SNAP-25: es troben a la membrana plasmàtica.
Entre les tres proteïnes formen un superenrotllament que fa que la vesícula quedi ancorada a la membrana plasmàtica però sense tocar-la. Al voltant de la vesícula hi haurà canals de calci, perquè quan comenci a entrar la vesícula es fusioni.
NEUROBIOLOGIA Tema 8 Les proteïnes munc13 i munc18 regulen el procés unint-se a la sintaxina, mantenint-la tancada perquè no formi complexe amb altres proteïnes que no siguin les SNARE.
La toxina tetànica i la botulínica (B, D, F, G) trenquen la sinaptobrevina de la vesícula.
La toxina botulínica tipus C trenca la sintaxina, i les tipus A i E, SNAP-25. L’α-latrotoxina provoca una descàrrega de vesícules sense calci, perquè s’uneix a neurexines, que s’uneixen a la sinaptotagmina; també s’uneix a CL1 (receptor que pertany al complex de la proteïna G) que regula les accions dels neurotransmissors.
3. Fusion: les vesícules es fonen amb la membrana plasmàtica per alliberar el transmissor.
Es produeix a prop dels canals de calci, a la zona activa, que és densa en electrons.
a. Sinaptotagmina: a la membrana de la vesícula. És el sensor de calci. Quan entra l’ió s’uneix als dominis C2 amb alta afinitat per calci de la proteïna, i provoquen un canvi de conformació en la proteïna que fa que s’uneixi a les proteïnes SNARE i a la membrana, apropant la vesícula i fent que es fusioni amb la membrana.
NEUROBIOLOGIA Tema 8 Altres proteïnes participants • Complexines: estabilitzadores de la unió entre SNAREs, sinaptobrevina i sintaxina.
• Tomosina: ajuda a la interacció entre proteïnes.
• Sinapina: s’uneix a l’SNAP-25 que s’associa amb les SNAREs i augmenta l’associació del sensor de calci sinaptotagmina amb el complex SNARE.
• NSF i SNAP: proteïnes solubles. Un cop fusionada la vesícula, s’associa a les SNARE per dissociar-les i que es puguin tornar a utilitzar. Cal ATP.
• Sinaptofisina: fució desconeguda. Actua com a marcador per tumors neuroendocrins.
Endocitosi Si hi ha exocitosi completa s’ha de reciclar la membrana, com ja s’ha explicat.
Les proteïnes que intervenen en l’endocitosi són: • Clatrina: estructura de trisquela. És la proteïna més important involucrada a la gemmació endocitòsica de vesícules des de la membrana plasmàtica. Durant l’endocitosi les trisqueles s’uneixen a la membrana de la vesícula.
• • • AP2 i AP180: connecten la clatrina a les proteïnes i els lípids de membrana. Són adaptadores.
Dinamina: produeix la separació final de la membrana. Estrangula amb despesa de GTP.
Hsc70, auxilina i sinaptojanina: eliminen el recobriment de clatrina.
Un cop sense la clatrina, la vesíscula segueix la ruta de reciclatge per tornar a ser omplerta de neurotransmissor, gràcies als transportadors de neurotransmissors a la membrana vesicular.
Els transportadors intercanvien protons per neurotransmissors a l’interior de la vesícula (àcid).
VMAT (amines), VAChT (acetilcolina), VIAAT/VGAT (aminoàcids inhibidors), VGlut (glutamat excitatori).
...

Comprar Previsualizar