Appunti completi Neuroscienze, prof Sacchetti

NEUROSCIENZE

Prof. B. Sacchetti

INTRODUZIONE

Funzioni del sistema nervoso

 Interazione con l’ambiente. Identificare e tradurre in linguaggio neurale le informazioni raccolte

dall’ambiente con gli organi di senso. È una vera e propria analisi della realtà, quindi sia traduzione

che interpretazione degli imput.

 Elaborazione delle informazioni raccolte per formare una rappresentazione unitaria della realtà.

 Attribuzione di una coloritura emotiva alle informazioni raccolte

 Interazione con la realtà: pianificare dei comportamenti e tradurre le istruzione in output motori.

(+ tutta la parte di autoregolazione dell’organismo)

Evoluzione del sistema nervoso

 

Passaggio unicellulari pluricellulari: consente la specializzazione delle funzioni eseguite da

ciascuna cellula

 spugne: no SN. Questi organismi sono in balia dell’ambiente in cui si

Primi organismi pluricellulari,

trovano, non possono né capire il mondo né interagire con esso.

 Meduse: prime cellule nervose. Molto semplici, svolgono comunque funzioni di elaborazione degli

stimoli sensoriali (es stimoli chimici che segnalano la presenza di cibo, stimoli relativi alla gravità e

alla luminosità). Sono inoltre in grado di controllare il movimento e quindi attuare comportamenti di

risposta utile (trovare cibo) e dannoso (evitare predatori).

 Platelmiti (vermi piatti es tenia): le cellule nervose tendono a raggrupparsi e formare dei gangli.

Questo perché, essendo vicini, i neuroni possono scambiarsi indo ed elaborare in modo più efficace.

Abbiamo inoltre dei cordoni di neuroni (simi- midollo spinale) che vanno a contattare gli elementi

motori. I gangli tendono a raggrupparsi nella parte anteriore (primo abbozzo encefalo)

 Molluschi & insetti: compaiono veri organi di senso specializzati per un singolo tipo di informazioni

(visiva, gustativa ecc) Specializzazione delle funzioni svolte da ciascun neurone: det neuroni

elaborano un solo tipo di info. I gangli sono ammassati nella regione anteriore e abbiamo anche dei

“cordoni” di neuroni periferici (proto encefalo + sn periferico) Comportamenti molto sofisticati

(soprattutto insetti)

 Vertebrati: il meccanismo di base resta lo stesso, ma diventa più sofisticato. L’encefalo e il midollo

spinale sono protetti da cavità ossee (cranio e spina dorsale) Altissimo livello di specializzazione tra

le regioni delle cortecce cerebrali (esclusività? Scambio di info?)

 Mammiferi: oltre a strutture sensoriali e motorie compaiono regioni associative che (probabilmente)

servono a creare una rappresentazione unitaria del mondo. Altre strutture (es amigdala) servono ad

attribuire un significato emotivo agli stimoli sensoriali.

Il meccanismo di funzionamento dei neuroni non è cambiato nel corso dell’evoluzione. Come mai allora si

sono raggiunte funzioni più sofisticate? Un ipotesi creduta fino a qualche tempo fa attribuiva il merito

all’aumento di volume dell’encefalo. Tuttavia questo non è esatto, infatti l’aumento di volume è correlato

non tanto con l’aumento di funzioni quanto con l’aumento del peso corporeo (es encefalo uomo – balena). Le

vere ragioni sono due: 1

1. Aumento della capacità dei neuroni di formare reti neurali sempre più sofisticate. Non cambia il

funzionamento, ma la quantità di info scambiate. I circuiti neurali diventano sempre più complessi e

integrati man mano che si sale lungo la scala evolutiva.

2. Specializzazione delle funzioni del nostro sistema nervoso: ciascuna struttura è deputata ad una

singola funzione CELLULE GLIALI E NEURONI

Sistema nervoso umano: composto da due tipi di cellule: neuroni e cellule gliali.

Cellule del sistema nervoso:

CELLULE GLIALI (o neuroglia)



Da “glia” colla. Funzioni:

 Formare l’impalcatura del SN (funzioni di sostegno e di separazione delle diverse aree con funzioni

e “tenere insieme “ i neuroni

diverse) (in realtà non sono un vero e proprio collante, ma circondano i

corpi cellulari e le propaggini dei neuroni)

 

Regolare il metabolismo dei neuroni (fornire sostanze nutritive e eliminare sostanze di scarto

alcune cell gliali hanno funzioni fagocitarie, eliminano le cellule morte in seguito ad apoptosi.)

 Ruolo nelle sinapsi: alcune cell gliali servono a captare e riassorbire i neurotrasmettitori liberati con

le sinapsi (v.)

 Indirizzare la differenziazione dei neuroni durante lo sviluppo embrionale e postnatale

 Indirizzare la migrazione dei neuroni e dirigere la crescita degli assoni durante lo sviluppo

embrionale e postnatale (glia radiale, v. sviluppo)

 Alcune (astrociti) formano la barriera ematoencefalica*

 Alcune producono la guaina mielinica

Si dividono in:

 Macroglia. la guaina mielinica che ricopre l’assone. Si trovano nel snc e

o Oligodendrociti formano

possono avvolgere più neuroni in contemporanea (fino a 15 in media)

La guaina mielinica nell’SNC si forma così: una parte della membrana cellulare

Guaina

mielinica dell’oligodentrocita protrude e va ad avvolgere un pezzetto di assone, altre parti potranno

avvolgere altri tratti... che ricopre l’assone. Si trovano nell’snp e

o Cellule di Swann. formano la guaina mielinica

possono avvolgere un solo neurone (sono quelle danneggiate nella sclerosi multipla)

mielinica nell’SNP si forma così: prima che si formi gli assoni dei nervi

La guaina

decorrono all’interno di un canale formato da cellule di Schwann, disposte in fila lungo

l’assone con interruzioni fra l’una e l’altra che diverranno i nodi di Ranvier. La membrana

cellulare di un'unica cellula va ad avvolgere il pezzo di assone vicino a cui si trova,

formando dapprima una doppia membrana, in seguito questa si spiralizza, compattandosi e

intanto il citoplasma della cellula di Schwann viene spremuto all’esterno per formare la

guaina definiti.

Anche la composizione chimica della mielina prodotta dai due tipi di cellule è molto diversa.

La guaina mielinica è disposta in ripetuti strati bimolecolari lipidi intervallati da proteine: la

composizione è molto simile a quella delle membrane plasmatiche.

o Astrociti. (forma simile ad una stella) sono il tipo di cell gliali più numeroso. Funzioni:

 Regolano il metabolismo neuronale

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 Contribuiscono a formare la barriera ematoencefalica*.

 di potassio nell’ambiente

Contribuiscono a mantenere stabili le concentrazioni

extracellulare: quando, in seguito ad un potenziale d’azione, si aprono i canali per il

potassio e questo esce nell’ambiente extracellulare, se la sua concentrazione esterna

diventa troppo elevata gli astrociti sono in grado di assorbire il potassio in eccesso

(perché sono molto permeabili ad esso)

 Sono in grado di captare i neurotrasmettitori liberati nelle scissure sinaptiche dopo

che questi hanno svolto la loro funzione

 Svolgono funzioni di sostegno

 Migcroglia simili ai macrofagi, sono cellule spazzino che rimuovono frammenti cellulari derivati da

un danno o dal normale ricambio cellulare. Rilasciano citochinine, molecole segnale che influenzano

l’apoptosi (v)

* La barriera emato-encefalica ha principalmente una funzione di protezione del tessuto cerebrale dagli

elementi nocivi presenti nel sangue, pur tuttavia permettendo il passaggio di sostanze necessarie alle

funzioni metaboliche.

È composta da cellule endoteliali che danno origine ad un endotelio continuo, non fenestrato, ossia senza

spazi tra una cellula endoteliale e l'altra. (le cellule endoteliali compongono i capillari) Le cellule

endoteliali sono poi unite tra di loro da giunzioni cellulari occludenti o altrimenti dette tight junction.

Questa maggiore compattezza impedisce il passaggio di sostanze idrofile e/o con grande peso molecolare

dal flusso sanguigno all'interstizio (e quindi ai neuroni) con una capacità di filtraggio molto più selettiva

rispetto a quella effettuata dalle cellule endoteliali dei capillari di altre parti del corpo. Un ulteriore fattore

che contribuisce alla formazione di questa unità anatomofunzionale che denominiamo barriera

ematoencefalica è costituito dalle proiezioni delle cellule astrocitarie, chiamati peduncoli astrocitari, che

circondano le cellule endoteliali della BEE, determinando un'ulteriore "barriera".

NEURONI

Composti da:

 Corpo cellulare (soma)

 Assone ramificato

 Dendridi (albero dendritico)

Come le altre cellule i neuroni sono sorretti da un citoscheletro formato da elementi proteici. Il morbo di

Alzheimer danneggia il citoscheletro, formando dei depositi sia all’interno che all’esterno della cellula (v.)

Dendridi: (etim: albero)

Sono propaggini ramificate che hanno la funzione di ricevere il maggior numero di info possibili (da altri

neuroni o da cellule sensoriali). Più connessioni ci sono più possibilità di elaborare info complesse. I

dendridi possono presentare delle SPINE DENDRIDICHE che aumentano la loro superficie in modo da

riceve un maggior numero di info. Esse sono estremamente plastiche: si formano e vengono eliminate

continuamente. Il numero di fibre che un neurone riceve indica il grado di convergenza. Il numero di bersagli

che contatta invece il grado di divergenza.

Corpo cellulare:

ha due funzioni: raccogliere ed elaborare le info ricevute dai dendridi e, nel nucleo, contenere il DNA e

quindi regolare l’espressione genica che a sua volta regola la sintesi proteica.

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Assone:

prende origine dal corpo cellulare ed è sempre unico (anche se poi al termine di solito si ramifica per

prendere contatto con più elementi bersaglio). Ha la funzione di portare le info elaborate a distanza e

trasmetterle ad altri neuroni o a terminazioni motorie. Nei vertebrati può essere mielinizzato oppure non mie

linizzato. La guaina mielinica non avvolge tutto l’assone, ma ci sono degli spazi (NODI DI RANVIER). Al

terminale dell’assone (BOTTONE SINAPTICO) si formano le sinapsi con l’elemento bersaglio. Nelle

chimiche non c’è continuità fisica fra gli elementi pre e post sinaptico ma troviamo la SCISSURA

sinapsi

SINAPTICA.

CLASSIFICAZIONE DEI NEURONI.

I neuroni si possono classificare in

diversi modi:

1.In base al numero di

prolungamenti che prendono origine

dal corpo cellulare:

- Cellule unipolari. Classe più

semplice. Un solo accesso

primario fornito di più

ramificazioni: una è l’assone,

le altre costituiscono l’albero

dendritico.

- Cellule bipolari. tipico neuroni

sensoriali

- Cellule pseudo-unipolari Ne

fanno parte i neuroni ad alfa-T

del midollo spianale

- Cellule multipolari. Unico

assone e una o più branche

dendritiche che possono

nascere da ogni parte del corpo

cellulare. Forme molto

variabili per grandezza,

l’albero dendritico è sviluppato, più il

complessità..più campo recettoriale della cellula sarà grande.

2.In base alle funzioni svolte:

- Neuroni sensoriali

- Neuroni motori (motoneuroni)

- Interneuroni: funzione di integrazione delle info sensoriali per formare rappresentazioni complesse.

3.A seconda della loro capacità o meno di inviare il proprio assone ad altre strutture bersaglio distanti:

neuroni a proiezione ed interneuroni locali.

Fu Ramòn y Cajal (medico, 1852-1934) a introdurre la classificazione dei neuroni basata su caratteristiche

fisiche. Egli studiò a lungo la struttura dei diversi tipi di neuroni, utilizzando un metodo di colorazione

cellulare bastato sull’argento ed introdotto per la prima volta da Golgi. Egli intuì inoltre due importanti

principi che vennero poi confermati dallo studio sulla comunicazione tra cellule neurali:

PRINCIPIO DELLA POLARIZZAZIONE DINAMICA

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In ogni neurone le informazioni viaggiano sempre in un'unica direzione: dalle zone di recezione (dendridi in

particolare, ma anche corpo cellulare) alle zone d’innesco del potenziale d’azione (assone). In TUTTI i

neuroni, anche se molto diversi per forma e funzioni.

PRINCIPIO DELLA SPECIFICITA’ DELLE CONNESSIONI

Le cellule nervose non si connettono a caso, ma ciascuna forma connessioni solo con determinate cellule

bersaglio e non con altre (praticamente è il primo nucleo della scoperta delle reti neurali..)

CITOLOGIA DEI NEURONI

CARATTERISTICHE PECULIARI DEI NEURONI:

- Sono generalmente polarizzati (anche se non è una caratteristica dei soli neuroni, anche le cellule

epiteliali possono essere polarizzate

- Il corpo cellulare (che contiene il nucleo e tutto il necessario per la sintesi proteica) costituisce meno

di un decimo del volume totale del neurone, il resto è costituito da dendridi e assone

- Hanno un elevata eccitabilità (grazie ai canali ionici selettivi che controllano i flussi di ioni) (again:

non solo neuroni, anche le cell. muscolari)

Pur appartenendo alla stessa categoria cellulare, tra un neurone e l’altro possono esserci notevoli differenze:

sono stati identificati almeno 50 tipi diversi di neurone. La variabilità dipende dalla differente espressione

genica.

STRUTTURA DEI NEURONI:

MEMBRANA NEURONALE (plasmolemma) : Ricopre tutte le parti del neurone. È formata nello stesso

modo di tutte le membrane cellulari:

All’interno della membrana si trova il CITOPLASMA composto da parte liquida (citosol) e organuli

membranosi. Gli organuli membranosi (che comprendono tutti gli organelli necessari per il metabolismo

dendritico senza

cellulare) sono distribuiti in maniera selettiva: il citoplasma continua nell’albero

separazione funzionale alcuna (quindi ritroviamo tutti i medesimi organelli, anche se la loro

concentrazione diminuisce leggermente man mano che ci si allontana dal soma) al contrario gli organelli

PRESENTI NELL’ASSONE, si arrestano al cono di emergenza

sedi della sintesi proteica NON SONO

(base).

I neuroni, come tutte le altre cellule, sono sorretti dal CITOSCHELETRO, che ne determina la forma ed è

responsabile della distribuzione disuguale degli organuli nel citoplasma. È composto (come in tutte le

cellule) da tre tipi di strutture filamentose:

- Microtubuli: formano lunghe impalcature che si estendono per tutta la lunghezza del neurone e

svolgono funzioni importanti nello sviluppo e nel mantenimento dei processi neuronali. Ogni

microtubulo è composto da più proto filamenti riuniti in forma tubolare. I proto filamenti sono

costituiti da sub-unità di una proteina chiamata tubulina, disposte linearmente. Sono polari:

un’estremità è positiva e l’altra negativa. La tubulina è una GTP-asi e i microtubuli si accrescono

per successiva addizione di dimeri di tubulina legati al GTP alla loro estremità positiva. Quando un

microtubulo smette di crescere, viene stabilizzato dal legame con molecole di tubulina legate a GDP

ed altre proteine stabilizzatrici.

- Neurofilamenti (simili ai filamenti intermedi presenti in tutte le altre cellule). Costituiscono

“l’impalcatura ossea” del citoscheletro. Sono gli elementi fibrillari più abbondanti negli assoni e una

volta formatisi sono piuttosto stabili. Sono composti da proteine della famiglia delle citocheratine.

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- Microfilamenti. Sono i più sottili delle tre fibrille. Detti anche filamenti di actina perché costituiti,

appunto, da questa famiglia di proteine. Si concentrano in particolare a ridosso della membrana

citoplasmatica e formano una densa rete, fondamentale per i processi dinamici di accrescimento.

I microtubuli e i filamenti di actina, oltre alle funzioni di citoscheletro, fungono anche da corsie lungo le

quali possono muoversi altri organuli e altre proteine, spinte da motori molecolari. (v. processi di trasporto)

[NUCLEO: all’interno del soma si trova il nucleo, in cui è custodito il dna. Siccome le cellule neuronali

adulte non si duplicano più, il loro DNA è tendenzialmente meno compatto di quello della maggioranza delle

altre cellule: questo permette una maggiore espressione genica, molto maggiore di qualunque altra cellula (si

ritiene che sia correlata all’elevata gamma di tipi cellulari tra i neuroni)]

DAL SOMA ALL’ASSONE

PROCESSI ASSONALI DI TRASPORTO DELLE PROTEINE

La sintesi di nuove proteine avviene nei ribosomi, che sono presenti SOLO nel soma, negli assoni non ci

sono! (per quanto riguarda i dendridi, un certo grado di traduzione delle proteine ha luogo anche lì perché lì i

ribosomi ci sono) Esso perciò deve ricevere le proteine già fatte dal soma, attraverso il trasporto:

- ANTEROGRADO: dal corpo cellulare alla periferia

- RETROGRADO che va dalla periferia al corpo cellulare (interessa le proteine danneggiare o che

devono essere distrutte.)

Entrambi i tipi di trasporto avvengono mediante vescicole. A livello del citoscheletro esistono delle proteine

di “spostare” le vescicole.

specifiche con la funzione

Distinguiamo due tipi di trasporto:

- Rapido (assonico) avviene nei due sensi e serve per il funzionamento quotidiano del neurone. Nel

senso ANTEROGRADO comprende il trasporto di:

 Membrane che costituiscono i precursori delle vescicole sinaptiche (che verranno assemblati

sul posto)

 Vescicole grandi a centro denso: contengono i neuropepetidi (v)

 Elementi del reticolo endoplasmatico liscio.

È un trasporto attivo, quindi consuma ATP. Avviene grazie a elementi del citoscheletro: i

microtubuli. I microtubuli si affiancano per costruire una “corsia” essenzialmente statica sulla quale i

singoli organuli si muovono impiegando forze motrici molecolari. Le molecole motrici che

tra cui la chinesina. Un’estremità di

determinano il movimento anterogrado sono delle ATP-asi,

queste molecole si attacca al microtubulo (il dominio che comprende l’ATP-asi), l’altra all’organulo

e lo spostano (probabilmente) come se camminassero lungo il microtubulo!

Invece in senso RETROGRADO più che altro serve a trasportare materia