Fisiologia cellulare e neurofisiologia

ADENOSIN-TRIFOSFATO

L’ATP è secreto in alcune sinapsi e si colloca in vescicole che possono contenere anche GABA. L’ATP presenta recettore ionotropico (P2x),

coinvolti in trasmissioni eccitatorie di ippocampo, corteccia e midollo spinale o metabotropico (P2Y). L’ATP è degradato ad ADP o AMP che

sono poi convertiti in adenosina che, associandosi a recettori della membrana pre-sinaptica, inibisce la secrezione di altri

neurotrasmettitori. Presenta specifico canale ricaptatore.

* Come neurotrasmettitore è coinvolto nel meccanismo di dolore cutaneo in quanto depolarizza recettori cutanei in presenza di stimoli

dolorosi.

NEUROPEPTIDI (Oppioidi, ormoni neuro ipofisari, Tachichinine –sostanza P-, secretine, insulinem, somatostatine)

Classe di peptidi impiegati anche come neurotrasmettitori e sintetizzati ESCLUSIVAMENTE nel soma in quanto necessitano di modifiche a

livello dell’apparato del RE e del Golgi. Una volta sintetizzate necessitano di proteine di trasporto per giungere al terminale pre-sinaptico:

per tale motivo l’utilizzo di questi peptidi richiede sintesi lunghe rispetto ai processi sintetici dei neurotrasmettitori.

Tra questi sono di rilevanza fisiologica la sostanza P che agisce sugli interneuroni del corno dorsale determinano l’inibizione nella

liberazione delle encefaline (oppiodi) verso le cellule dei gangli della radice dorsale e consentendo, dunque, la trasmissione dello stimolo

doloroso.

……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

La cellula nervosa è capace di integrazione del segnale in base alle diverse stimolazioni ricevute: questa capacità consiste nel controllo

del potenziale di membrana a livello del cono di emergenza al fine di regolare l’attivazione del potenziale d’azione: questo fenomeno è

dovuto, principalmente alla costante di tempo (λ) che influisce sui fenomeni di sommazione temporale (lasso di tempo nel quale il

neurone riceve diversi impulsi sinaptici) e di sommazione spaziale (sommazione di impulsi avvenuti simultaneamente in diverse regioni

dell’albero dendritico) in quanto valori alti di λ si riflettono in migliori proprietà del cavo neurale (decremento minore del segnale nervoso

a fronte di lunghe distanze) che induce una migliore sommazione di entrambi i fenomeni.

LIBERAZIONE DEI NEUROTRASMETTITORI

La sinapsi chimica è caratterizzata da specializzazioni pre- e postsinaptica. Il termina presinaptico è deputato alla conservazione delle

vescicole sinaptiche, contenenti neurotrasmettitori, che viaggino su citoscheletro di actina e si ammassano in prossimità delle zone

attive, ovvero zone in prossimità della terminazione che sono ricche di proteine di ancoraggio, di regolazione dell’interazione vescicola-

2+

membrana e di numerosi canali per Ca necessarie all’esocitosi.

Il terminale post-sinaptico presenta, in corrispondenza delle zone attive, delle densità postsinaptiche ricche di canali ionici e recettori dei

neurotrasmettitori che trasmettono il segnale mediante reazioni elettriche (recettori ionotropici) o biochimiche (recettori metabotropici).

E’ da considerare che, rispetto alla secrezione ormonale degli organi endocrini, le cellule o le giunzioni (neurone – cellula effettrice) non

possono sintetizzare il peptide (pro-ormone) a livello somatico/nucleare in quanto il percorso assonico è lungo e polarizzato: per tale

motivo l’organismo ha ovviato il problema usando neurotrasmettitori di origine aminoacidica (et simili) che vengono sintetizzati in

prossimità della terminazione pre-sinaptica per poi venire impacchettati nelle vescicole.

Negli ultimi decenni è stato studiato il fenomeno di liberazione quantale: è stato osservato che in assenza di depolarizzazione la

membrana assonale (studio su giunzione neuromuscolare) va incontro a costanti depolarizzazioni minime che generano piccoli potenziali

di placca (mEPP – potenziale di placca in miniatura) che, in quanto tali, non sono sufficienti per generare il potenziale d’azione nella

cellula muscolare e, contemporaneamente, è stato osservato che il potenziale di placca (EPP) presenta valori multipli rispetto a mEPP e

che tutte le variazioni di membrana generano depolarizzazioni di membrana MAI inferiori al valore di ePP; questi fenomeni hanno portato

a considerare che ePP è dato dalla liberazione, per esocitosi, di una o poche vescicole (contenti un “pacchetto-quanto” di

neurotrasmettitori) che sono il minimo contenuto liberabile (nulla o mEPP) e che EPP è rappresentato dalla liberazione massiva di

numerose vescicole.

ANALISI STATISTICHE

Diversi sperimentatori hanno voluto applicare analisi statistiche allo studio della “liberazione quantale” ma queste analisi sono risultate

difficilmente applicabili in quanto il SNC sembra poco omogeneo (varia la probabilità di esocitosi per ogni singola vescicola) e non risulta

statico nel tempo: le uniche approssimazioni sono state l’applicazione della statistica binomiale (variabili dipendenti tra loro) in caso di poche

vescicole con alta probabilità di apertura o la statistica di Poisson (fenomeni tra loro indipendenti) in casi di [vescicole] con bassa probabilità

di esocitosi.

Gli esperimenti per la cinetica di liberazione sinaptica sono avvenuti sulla giunzione neuromuscolare che, rispetto alla sinapsi, è

caratterizzata da un solo contatto sinaptico da cui provengono potenziali d’azione che generano la massiva liberazione vescicolare che

risulta più che sufficiente per generare un potenziale d’azione nella cellula muscolare: al contrario nel SNC si osservano potenziali che

liberano poche vescicole e causano piccoli potenziali ma questo risulta coerente con il fenomeno di fine regolazione della trasmissione

nervosa e con il fenomeno di integrazione sinaptica.

SECREZIONE di NEUROTRASMETTITORI

Le cellule nervose possono secernere neurotrasmettitori, contenuti in piccole vescicole e prodotti in prossimità del terminale pre-

sinaptico, o neuropeptidi, sintetizzati nei ribosomi a livello del soma e contenuti in vescicole grandi ed eterogenee che vengono

identificate come granuli di secrezione.

Genericamente, a livello cellulare, la secrezione può essere: COSTITUTIVA, ovvero continua, quando regolata da diverse proteine, sia a

2+

livello extracellulare che intracellulare o REGOLATA dalla ricezione di qualche segnale che determina l’aumento di [Ca ] intracellulare

che, a sua volta coincide con l’esocitosi/endocitosi di qualche componente: questo meccanismo può servire alla secrezione di sostanze,

per recuperare vescicole dalla membrana plasmatica (adattine recuperano un tratto di membrana e clatrine fanno assumere la forma

cava), per aggiungere e/o rimuovere componenti di membrana (es. canali del glucosio, etc,…).

Le vescicole SINAPTICHE, contenenti per lo più neurotrasmettitori, sono dotate di un complesso apparato proteico, necessario all’attività

svolta dalla vescicola stessa:

 Proteine di interazione con il citoscheletro e proteine (sinapsine) che raggruppano pool di vescicole

 Proteine deputate all’accumulo di neurotrasmettitore (pompa protonica e trasporatori vescicolari)

 Proteine per l’ancoraggio alle zone attive (Rab3, sinaptotagmina)

2+

 Proteina sensore per Ca e proteine-chinasi

 Proteine di fusione (famiglia SNARE) e componenti del poro di fusione (sinaptofisine)

 Proteine coinvolte nella biogenesi delle vescicole e proteine G monometriche regolatrici del ciclo vescicolare (Rab3 A-D)

 Proteine marker che, interagendo con il citosol, permettono al terminale di ricomporre la vescicola

La secrezione, permessa dalle vescicole. è un processo rapidissimo, preciso e massivo che, tuttavia, non crea MAI continuità tra il citosol

e la fessura sinaptica. La cellula raramente giunge a fatica, ovvero esaurimento di neurotrasmettitori, in quanto questi ultimi sono

sintetizzati a livello del terminale assonico.

Ciclo del neurotrasmettitore

1. RICAPTAZIONE NEUROTRASMETTITORE Ogni neurotrasmettitore presenta il caratteristico neuro trasportatore necessario al

+

recupero della molecola liberata nello spazio sinaptico, questi, sono suddivisibili in due famiglie: trasporatori Na -dipendenti

+ - +

(EEAT), costituiti da 16 α-eliche, e trasportatori Na /Cl dipendenti, costitutiti da 12 α-eliche, che accoppiano il trasporto di Na

con l’ingresso contro-gradiente del neurotrasmettitore. Questi trasportatori sono presenti anche nelle cellule gliali che assorbono

il neurotrasmettitore, lo convertono in prodotti alternativi al neurotrasmettitore (es. glutammato glutamina) che viene



nuovamente secreto nella fessura sinaptica e ricaptato dalla terminazione nervosa.

2. TRASPORTO DENTRO VESCICOLA Il riempimento delle vescicole sinaptiche è contro-gradiente e l’energia è fornita



+ +

dall’antiporto H /neurotrasmettitore: l’accumulo di H all’interno della vescicola è dovuto alla presenza di un’ATPasi che rende

-

acido il pH intra-vescicolare (parzialmente stabilizzato dall’accumulo di Cl intra-vescicolare).

Ciclo delle vescicole sinaptiche 2+

La secrezione vescicolare è un fenomeno che dipende dall’arrivo del potenziale d’azione e dal conseguente ingresso di Ca intracellulare:

questo determina la secrezione delle vescicole facenti parte del pool di liberazione (già ancorate alla membrana plasmatica) che sono poi

sostituite da altre vescicole facenti parte del pool di riserva.

I. LIBERAZIONE dal CITOSCHELETRO Il pool di riserva è ancorato al citoscheletro per interazione tra l’actina e sinapsine

 2+

(proteine vescicolari) che, per fosforilazione da pt di chinasi-Ca (o cAMP)-dipendenti si dissocia dal citoscheletro.

II. INDIRIZZAMENTE alle ZONE ATTIVE Rab3 viene agganciata dalla proteina Rim delle zone attive (proteina G monomerica)



quando quest’ultima lega GTP e si osserva il fenomeno di priming (preparazione alla fusione vescicolare) che comporta

l’adesione di Rab3 ad una vescicola da un lato e a Rim dall’altro: quando Rim idrolizza GTPGDP si osserva il distacco di questa

e di Rab3 che si associa a GDI (GDP dissociation inhibitor) sino a che non ritorna ri-associata a GTP e lega, nuovamente,

un’altra vescicola sinaptica.

III. ANCORAGGIO al PLASMALEMMA Insieme di proteine vescicolari (sinaptotagmina, csp, Rab3,…) e proteine di membrana



(neurexina, Snap-