Domande aperte esame Fisiologia I

Differenze fra recettori AMPA e NMDA

I recettori glutammatergici ionotropici sono tutti recettori ad azione eccitatoria, portando alla genesi di EPSP che aumentano la probabilità di innesco di un potenziale d'azione. Sono distinguibili in due classi: recettori NMDA e non-NMDA (AMPA e KAINATO). Si tratta di recettori pentamerici che presentano l'N-terminale extracellulare che interagisce con il neurotrasmettitore (glutammato). Normalmente i due recettori coesistono sulla stessa membrana post-sinaptica.

La differenza principale è che i recettori AMPA sono canali ligando-dipendenti, aumentano la conduttanza per i cationi generando in seguito al legame col glutammato un EPSP. Viceversa, i recettori NMDA sono sia ligando- che voltaggio-dipendenti. Sono coincidence detectors: per poter esser attivati, da un lato devono legarsi al glutammato, dall'altro è necessario che il post-sinaptico sia stato precedentemente depolarizzato. Questa cinetica è

assicurata da uno ione Mg che blocca il poroacquoso delimitato dal canale. Se avviene la depolarizzazione sul post-sinaptico, il magnesio viene espulso per l'accumularsi di cariche positive e il recettore è allo stato attivo. Entrambi i recettori presentano un punto di inversione vicino a 0mV quindi, una volta attivati, permettono il passaggio di una corrente cationica mista: uscente per il K ed entrante per il Na. Il recettore NMDA è permeabile anche al Ca che all'interno del post-sinaptico può andare a scatenare vie metaboliche in qualità di secondo messaggero (plasticità sinaptica). Viceversa, gli AMPA non sono sempre permeabili al calcio. Nel sito Q/R dell'elica TM2 presentano una glutammina (Gln) che rende possibile il passaggio di tali ioni. Se questo aa viene sostituito da un'arginina (Arg) in un processo di RNA-editing post-traduzionale, si forma la subunità GluR2 impermeabile allo ione per la presenza di una carica.positiva cherespinge il catione. I primi recettori che si attivano sono gli AMPA, che si aprono in seguito all'interazione col glutammato portando a depolarizzazione sul post-sinaptico. Gli AMPA hanno una cinetica molto veloce, perché rapidamente si richiudono. Espellendo il Mg e legando il Glu, avviene l'attivazione anche degli NMDA, responsabili della fase tardiva della corrente, con una cinetica più lenta e duratura e dipendente sia dal voltaggio che dal legame col neurotrasmettitore.

IPSP CARATTERISTICHE DELLA CORRENTE E NEUROTRASMETTITORI

Gli IPSP sono potenziali post-sinaptici inibitori che si generano sul post-sinaptico in seguito al legame di un neurotrasmettitore con un recettore di natura inibitoria. Essi portano a un abbassamento della probabilità di genesi del potenziale d'azione a livello del colletto assonico. Sono fenomeno elettrotonici iperpolarizzanti che si propagano passivamente e sono passabili di sommazione spaziale e

temporale. Gli IPSP possiedono un punto di inversione di circa -80mV e con un potenziale di riposo del neurone di circa -65mV l'effetto sarà iperpolarizzante. Tramite esperimenti con un elettrodo leaky è stato dimostrato come l'ione che media questo fenomeno è il Cl che può entrare nel post-sinaptico grazie all'apertura di una via ad alta conduttanza, rappresentato dal recettore ionotropico inibitorio. Tuttavia, l'ingresso di Cl non è l'unico che influenza la funzione dell'IPSP: l'IPSP può agire retroattivamente, inibendo futuri EPSP che possono essere condotti al compartimento di input del neurone bersaglio. La massima inibizione la avremo 1ms prima dell'arrivo dell'EPSP.

I principali neurotrasmettitori a funzione inibitoria sono il GABA e la Glicina (a livello del midollo spinale). Il GABA presenta recettori sia ionotropici (GABA A) che metabotropici (GABA B). La Glicina presenta solo recettori

tipo di trasmissione sinaptica veloce, mentre i recettori metabotropici sono coinvolti nella trasmissione sinaptica lenta. Nel caso specifico dei recettori colinergici, la trasmissione sinaptica veloce avviene attraverso l'attivazione dei recettori ionotropici nicotinici. Questi recettori sono canali ionici che, una volta attivati dalla molecola di acetilcolina, permettono il passaggio di ioni attraverso il poro acquoso. Questo determina un rapido cambiamento nella conduttanza del canale e una rapida depolarizzazione della membrana postsinaptica, generando un potenziale postsinaptico eccitatorio (EPSP) veloce. D'altra parte, la trasmissione sinaptica lenta avviene attraverso l'attivazione dei recettori metabotropici muscarinici. Questi recettori sono accoppiati a proteine G e, una volta attivati dalla molecola di acetilcolina, attivano una cascata di segnalazione intracellulare che coinvolge la produzione di secondi messaggeri. Questi secondi messaggeri possono influenzare la conduttanza di canali ionici o attivare processi biochimici che modulano l'attività neuronale. In questo caso, la trasmissione sinaptica lenta può generare un potenziale postsinaptico eccitatorio (EPSP) lento o inibitorio (IPSP), a seconda dei meccanismi attivati dalla cascata di segnalazione. In conclusione, la differenza tra la trasmissione sinaptica veloce e lenta risiede nel tipo di recettori coinvolti e nei meccanismi attraverso i quali avviene la trasmissione del segnale. I recettori ionotropici mediano una trasmissione veloce, mentre i recettori metabotropici mediano una trasmissione lenta. Nel caso dei recettori colinergici, i recettori ionotropici nicotinici mediano la trasmissione veloce, mentre i recettori metabotropici muscarinici mediano la trasmissione lenta.

livello di attività sinaptica, mentre i metabotropicisono attivi con alti livello della stessa.In ciascuna sinapsi sono presenti quasi sempre sia recettori metabotropici che ionotropici, con funzione diassicurare una risposta del post-sinaptico sia immediata che ritardata nel tempo. Ciò si può notare a livellodi alcuni gangli del sistema nervoso autonomo che utilizzano l’acetilcolina come neurotrasmettitore. Ilneurotrasmettitore si lega rispettivamente ai recettori nicotinici (ionotropici) e muscarinici (metabotropici)generando un fast EPSP e uno slow EPSP.Il fast EPSP è il primo che si manifesta e dipende dai recettori nicotinici. È causato dall’apertura di una via adalta conduttanza per il Na e K in seguito al legame con l’acetilcolina. Il punto di inversione è 0mV.Tarda a manifestarsi lo slow EPSP, molto più lento. In seguito al legame con l’acetilcolina, avremo l’attivazione della subunità

della proteina G che attiva l'adenilato ciclasi. Il cAMP prodotto attiva a suavolta la PKA che fosforila i canali per il K voltaggio-dipendenti chiudendoli.!!!!!!!

LATE EPSP: NEUROTRASMETTITORI, CANALI E CORRENTI COINVOLTE.

In alcuni gangli del sistema nervoso autonomo che utilizzano l'acetilcolina come neurotrasmettitore, siosservano in sequenza vari stimoli sul post-sinaptico che derivano dall'attivazione dei diversi recettori. Insequenza avremo: un fast EPSP, uno slow EPSP, uno slow IPSP e un late-slow EPSP. I primi tre dipendonodall'attivazione di recettori colinergici rispettivamente ionotropici e metabotropici.

Il late-slow EPSP è più complesso: è uno stimolo di natura depolarizzante generato in seguito al legame diun fattore proteico (LHRH-like peptide) che agisce su un recettore metabotropico peptidergico. Questo +porta ad una cascata segnalatoria che causa l'apertura dei canali voltaggio-dipendenti per i cationi (Na e2+ +Ca ).

La chiusura di quelli per il K, inducendo una depolarizzazione efficace ma molto sfasata nel tempo.

RECETTORI MUSCARINICI DELL'ACETILCOLINA.

Si tratta di recettori metabotropici a 7 eliche transmembrana accoppiati sul versante citoplasmatico a proteine G, ad attività GTPasica intrinseca. Hanno come ligando fisiologico l'acetilcolina, fra le sostanze rintracciate abbiamo la muscarina (agonista) e l'atropina (antagonista).

In seguito al legame con il neurotrasmettitore, il recettore subisce una modificazione conformazionale che si ripercuote sulla proteina G, rendendola più affine al GTP che al GDP. La subunità attivata può interagire con dei canali modificandone lo stato di apertura, oppure attivare a valle un pathway di trasduzione del segnale che porterà alla modificazione della conduttanza.

I recettori muscarinici si suddividono in M1 e M2. Per quanto riguarda i recettori muscarinici M1, sono responsabili della genesi dello slow EPSP.

La subunità G si lega all'adenilato ciclasi portando all'aumento dei livelli di cAMP intracitoplasmatici. Il nucleotide ciclico attiva la PKA (chinasi) che ha come bersaglio la difosforilazione dei canali per il K+ (inattivati). Non avremo più fuoriuscita di potassio secondo il gradiente chimico, portando ad una depolarizzazione (slow EPSP). Questi fenomeni possono aumentare la sequenza di firing del neurone contrastando l'accomodazione. I recettori muscarinici M2 mediano una trasmissione di tipo inibitorio. La subunità G interagisce direttamente con i canali per il K+ stimolandone l'apertura. Si ha la genesi di uno slow IPSP che può diminuire la sequenza di firing a causa dell'aumento di conduttanza di membrana, con diminuzione della sua eccitabilità.

MECCANISMI DI INIBIZIONE PRE-SINAPTICA. Può avvenire anche un metodo di riduzione dell'efficacia sinaptica anche a livello del terminale pre-sinaptico.

Verrà reso meno probabile il rilascio del neurotrasmettitore: si influenza così la corrente che siviene a generare. I meccanismi di inibizione pre-sinaptica sono stati studiati per la prima volta sugli interneuroni GABAergici. Essi presentano a livello del terminale pre-sinaptico delle sinapsi asso-assoniche che permettono un efficace metodo di regolazione. Grazie alla presenza sulla membrana del neurone (che deve subire l'inibizione) di recettori metabotropici del GABA (GABA B), il neurotrasmettitore liberato dall'interneurone può scatenare una cascata segnalatoria. Questa porterà a valle alla chiusura dei canali per il Ca voltaggio-dipendenti. Quindi il rilascio del neurotrasmettitore sarà inibito. Un ulteriore metodo di inibizione presinaptica riguarda la somministrazione di stimoli a bassa intensità (sotto soglia) a livello del terminale pre-sinaptico. Col tempo, una parte dei canali per il Na voltaggio-dipendenti viene inattivata.portando ad un fenomeno di accomodazione della soglia. Saranno così necessari stimoli depolarizzanti maggiori per innescare la depolarizzazione sul pre-sinaptico, necessaria per l'esocitosi delle vescicole di neurotrasmettitore. È stato osservato anche un meccanismo di facilitazione presinaptica. Le sinapsi asso-assoniche sono di natura serotoninergica. Sul pre-sinaptico sono presenti recettori metabotropici della serotonina, che mediano una cascata di segnalazione che induce l'apertura dei canali del Ca voltaggio-dipendenti: ne deriva un aumento dell'efficacia sinaptica. COS'È UN SENSORE DI UN CANALE VOLTAGGIO-DIPENDENTE? QUAL È LA SUA FUNZIONE? Il sensore di un canale voltaggio-dipendente è una struttura sensibile al voltaggio, in grado di alterare mediante modifiche conformazionali lo stato del canale (aperto/chiuso), in relazione al potenziale di membrana. Il sensore è una struttura dotata di carica positiva, sulla quale avviene l'interazione con il campo elettrico generato dal potenziale di membrana. La sua funzione è quella di rilevare le variazioni di voltaggio e di trasmettere il segnale al canale ionico, permettendo così la regolazione dell'apertura o chiusura del canale stesso.nsore dal lato della membrana rivolto verso l'esterno della cellula (positivo). Queste due forze si bilanciano e permettono al sensore di rimanere nella posizione corretta.