COMUNICAZIONE INTERCELLULARE NEL SISTEMA NERVOSO

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2 COMUNICAZIONE INTERCELLULARE NEL SISTEMA NERVOSO Si verifica attraverso sinapsi, zone di contatto fra un neurone e la cellula bersaglio (un neurone o una cellula non neuronale) Le sinapsi, in base al tipo di segnale che viene trasmesso, sono dette elettriche o chimiche

3 SINAPSI ELETTRICHE Conducono segnali elettrici direttamente dal citoplasma di una cellula a quello di un altra attraverso giunzioni comunicanti PROPRIETA Fattore che opera la trasmissione: correnti ioniche Ritardo con cui avviene la trasmissione: praticamente assente Direzione della trasmissione: generalmente bidirezionale Adatte a sincronizzare l attività elettrica di un gruppo di cellule SNC, cellule muscolari lisce e cardiache, recettori sensoriali

4 SINAPSI ELETTRICHE E SINAPSI CHIMICHE

5 SINAPSI ELETTRICHE E SINAPSI CHIMICHE

6 SINAPSI ELETTRICHE

7 SINAPSI ELETTRICHE

8 SINAPSI ELETTRICHE

9 SINAPSI ELETTRICHE

10 SINAPSI ELETTRICHE

11 SINAPSI CHIMICHE Usano sostanze chimiche per trasmettere informazioni tra le cellule PROPRIETA Fattore che opera la trasmissione: neurotrasmettitore Ritardo con cui avviene la trasmissione: apprezzabile, al minimo 0.3 ms Direzione della trasmissione: unidirezionale Composte da tre parti: terminale assonale della cellula presinaptica, vallo sinaptico, membrana della cellula postsinaptica Componenti ultrastrutturali: vescicole sinaptiche, recettori postsinaptici e canali ionici La trasmissione può essere diretta o indiretta

12 SINAPSI CHIMICHE

13 Segnali elettrici SINAPSI CHIMICHE

14 CICLO DELLE VESCICOLE SINAPTICHE I precursori delle vescicole sono inizialmente prodotti nel soma del neurone (reticolo endoplasmatico e apparato del Golgi) Il riciclaggio è funzionale alla particolare anatomia del neurone.

15 EVENTI PRESINAPTICI RUOLO DELLO IONE CALCIO NELLA REGOLAZIONE DELL ESOCITOSI DEL NEUROTRASMETTITORE

16 EVENTI PRESINAPTICI RUOLO DELLO IONE CALCIO

17 EVENTI PRESINAPTICI RUOLO DELLO IONE CALCIO

18 EVENTI PRESINAPTICI RUOLO DELLO IONE CALCIO

19 RILASCIO DEL NEUROTRASMETTITORE MODELLI DI SECREZIONE ESOCITOSI CLASSICA: LA MEMBRANA DELLA VESCICOLA SI FONDE CON LA MEMBRANA DEL TERMINALE SINAPTICO PORO DI FUSIONE (KISS AND RUN): LE VESCICOLE SI FONDONO SOLO IN CORRISPONDENZA DI UN COMPLESSO, IL PORO DI FUSIONE. SI APRE UN PICCOLO CANALE CHE PERMETTE IL PASSAGGIO DEL NEUROTRASMETTITORE

20 PROTEINE DI ANCORAGGIO E DI FUSIONE DELLE VESCICOLE SINAPTICHE SOLO UN NUMERO LIMITATO DI VESCICOLE E LOCALIZZATO A LIVELLO DELLE ZONE ATTIVE; LA MAGGIORANZA E LEGATA IN PROSSIMITA A FILAMENTI DEL CITOSCHELETRO GRAZIE A UN GRUPPO DI PROTEINE (SINAPSINE). ALTRE PROTEINE INDIRIZZANO LE VESCICOLE VERSO I SITI DI ANCORAGGIO DELLE ZONE ATTIVE DELLA MEMBRANA PRESINAPTICA.

21 PROTEINE DI ANCORAGGIO E DI FUSIONE DELLE VESCICOLE SINAPTICHE LE VESCICOLE SONO ANCORATE GRAZIE ALLA FORMAZIONE DI UN COMPLESSO PROTEICO CHE SI GENERA DALL INTERAZIONE DI UN GRUPPO DI PROTEINE CHIAMATE SNARE: PROTEINE DONATRICI (INTRINSECHE ALLA MEMBRANA DELLA VESCICOLA, SINAPTOBREVINA) RECETTRICI (INTRINSECHE ALLA MEMBRANA PLASMATICA, SNAP 25, SINTAXINA) UN GRUPPO DI PROTEINE CITOPLASMATICHE REGOLA L ASSEMBLAGGIO DELLE SNARE

22 PROTEINE DI ANCORAGGIO E DI FUSIONE DELLE VESCICOLE SINAPTICHE UNA PROTEINA DELLE VESCICOLE, LA SINAPTOTAGMINA I, LEGA GLI IONI CALCIO, ED E IMPLICATA NEL MECCANISMO DI AVVIO DELL ESOCITOSI. E IL PROBABILE BERSAGLIO, UNITAMENTE ALLE NEUREXINE, DELLA a-latrotossina (VEDOVA NERA), CHE CAUSA UNA MASSICCIA LIBERAZIONE DI VESCICOLE ANCHE IN ASSENZA DI CALCIO NEL MEZZO EXTRACELLULARE

23 PROTEINE DI ANCORAGGIO E DI FUSIONE DELLE VESCICOLE SINAPTICHE NEUROTOSSINE DI ORIGINE BATTERICA (CLOSTRIDIUM), TOSSINA TETANICA E BOTULINICA, BLOCCANO L ESOCITOSI LEGANDOSI A SPECIFICHE PROTEINE DEL COMPLESSO DI ANCORAGGIO. SONO PROTEASI SPECIFICHE DELLE PROTEINE SNARE

24 PROTEINE DI ANCORAGGIO E DI FUSIONE DELLE VESCICOLE SINAPTICHE

25 PROTEINE DI ANCORAGGIO E DI FUSIONE DELLE VESCICOLE SINAPTICHE O SINAPTOBREVINA

26 NEUROTRASMETTITORI I NEUROTRASMETTITORI RILASCIATI NEL VALLO SINAPTICO RAGGIUNGONO PER DIFFUSIONE LA MEMBRANA POSTSINAPTICA DOVE SI LEGANO A SPECIFICI RECETTORI OGNI VESCICOLA CONTIENE UNA QUANTITA FISSA DI NEUROTRASMETTITORE: RILASCIO QUANTALE L AZIONE DEL NEUROTRASMETTITORE TERMINA PER RICAPTAZIONE NEL TERMINALE SINAPTICO, PER ALLONTANAMENTO DALLA SINAPSI O PERCHE, COME NEL CASO DELL ACETILCOLINA (ACh), PER DEGRADAZIONE ENZIMATICA NEL VALLO SINAPTICO

27 RILASCIO QUANTALE I neurotrasmettitori vengono liberati per piccole quantità incrementali o quanti. Ogni quanto produce un potenziale post-sinaptico unitario di ampiezza pressochè costante. Un quanto di neurotrasmettitore è racchiuso all interno di una singola vescicola sinaptica.

28 NEUROTRASMETTITORI AMINE PURINE: ADENOSINA MONOFOSFATO (AMP), ADENOSINA TRIFOSFATO(ATP) NEUROTRASMETTITORI NON CONVENZIONALI: GAS: MONOSSIDO DI AZOTO, MONOSSIDO DI CARBONIO ACIDI GRASSI LIBERI: ACIDO ARACHIDONICO, endocannabinoidi

29 NEUROTRASMETTITORI

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32 LIBERAZIONE DI NEUROTRASMETTITORI E CO-TRASMETTITORI

33 EVENTI POSTSINAPTICI IL LEGAME DEL NEUROSMETTITTORE CON IL RECETTORE AVVIA UNA SERIE DI RISPOSTE NELLA CELLULA POSTSINAPTICA CHE CULMINANO CON LA GENESI DI UN POTENZIALE POSTSINAPTICO OSSIA IN UNA VARIAZIONE DEL POTENZIALE DELLA MEMBRANA POSTSINAPTICA I POTENZIALI POSTSINAPTICI SONO SEGNALI GRADUATI (AMPIEZZA PROPORZIONALE ALLO STIMOLO) CHE SI PROPAGANO ELETTROTONICAMENTE LUNGO LA MEMBRANA POSSONO ESSERE ECCITATORI (EPSP, FACILITANO LA GENESI DI UN PDA, DEPOLARIZZANTI) O INIBITORI (IPSP, SFAVORISCONO LA GENESI DI PDA, IPERPOLARIZZANTI).

34 EVENTI POSTSINAPTICI I POTENZIALI POSTSINAPTICI POSSONO ESSERE CLASSIFICATI IN RISPOSTE RAPIDE O LENTE IN ENTRAMBI I CASI IL NEUROTRASMETTORE REGOLA, DIRETTAMENTE O INDIRETTAMENTE, L ATTIVITA DI CANALI IONICI NEL CASO DI TRASMISSIONE CHIMICA DIRETTA, IL NEUROTRASMETTITORE SI LEGA A RECETTORI- CANALE (IONOTROPI) APRENDOLI E SI GENERANO RISPOSTE DI TIPO RAPIDO (EPSP O IPSP) NEL CASO DI TRASMISSIONE CHIMICA INDIRETTA, IL NEUROTRASMETTITORE SI LEGA A RECETTORI (METABOTROPI) ACCOPPIATI A PROTEINE G E A SISTEMI DI SECONDI MESSAGGERI, CHE REGOLANO CANALI IONICI APRENDOLI O CHIUDENDOLI. IN QUESTO CASO SI GENERANO RISPOSTE DI TIPO LENTO (EPSP O IPSP).

35 RISPOSTE RAPIDE E LENTE

36 EVENTI POSTSINAPTICI

37 EVENTI POSTSINAPTICI

38 TRASMISSIONE CHIMICA DIRETTA: GIUNZIONE NEUROMUSCOLARE O PLACCA MOTRICE

39 GIUNZIONE NEUROMUSCOLARE

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41

42 GIUNZIONE NEUROMUSCOLARE

43 GIUNZIONE NEUROMUSCOLARE

44 GIUNZIONE NEUROMUSCOLARE (Colina Acetiltransferasi)

45 GIUNZIONE NEUROMUSCOLARE

46 GIUNZIONE NEUROMUSCOLARE

47 GIUNZIONE NEUROMUSCOLARE

48 TRASMISSIONE CHIMICA INDIRETTA Recettori metabotropici e trasduzione del segnale

49 TRASMISSIONE CHIMICA INDIRETTA

50 TRASMISSIONE CHIMICA INDIRETTA

51 TRASMISSIONE CHIMICA INDIRETTA

52 VIE DI TRASDUZIONE DEL SEGNALE

53 PROTEINE-G TRIMERICHE

54 PROTEINE-G TRIMERICHE

55 I MESSAGGERI INTRACELLULARI Nucleotidi ciclici

56 Nucleotidi ciclici

57 Nucleotidi ciclici

58 Nucleotidi ciclici

59 I MESSAGGERI INTRACELLULARI L inositolo trifosfato Lo ione calcio

60 OMEOSTASI DEL CALCIO INTRACELLULARE Proteine effettrici Proteine tampone

61 CALCIO E PROTEIN CHINASI

62 I MESSAGGERI INTRACELLULARI L acido arachidonico

63 ACIDO ARACHIDONICO

64 MODULAZIONE DEI CANALI IONICI

65 MODULAZIONE DEI CANALI IONICI

66 MODULAZIONE DEI CANALI IONICI

67 MESSAGGERI RETROGRADI

68 TRASMISSIONE SINAPTICA NEL SISTEMA NERVOSO PIU COMPLESSA DELLA TRASMISSIONE NEUROMUSCOLARE : UN NEURONE CENTRALE RICEVE (E INVIA) SIMULTANEMENTE SEGNALI DA NUMEROSI ALTRI NEURONI LE SINAPSI SONO SIA ECCITATORIE CHE INIBITORIE UNO STESSO NEUROTRASMETTITORE PUO LEGARSI A DIFFERENTI RECETTORI UNO STESSO NEUROTRASMETTITORE PUO MODULARE L ATTIVITA DI DIFFERENTI TIPI DI CANALI IONICI UN NEURONE CENTRALE INTEGRA I SEGNALI ENTRATA E GENERA UNA RISPOSTA IN

69 Le sinapsi si formano tipicamente nei dendriti e nel soma; possono formarsi sull assone o sul terminale assonale sinapsi sinapsi

70 TIPI DI SINAPSI

71 L EFFICACIA DEI POTENZIALI SINAPTICI PRODOTTI DA DUE DIVERSI NEURONI IN PUNTI DIVERSI DEL NEURONE POSTSINAPTICO DIPENDE DALLA DISTANZA CHE IL POTENZIALE SINAPTICO DEVE PERCORRERE PRIMA DI ARRIVARE NELLA ZONA DI INNESCO DEL POTENZIALE D AZIONE. PER QUESTA RAGIONE LE SINAPSI INIBITORIE SONO SPESSO ASSO-SOMATICHE.

72

73 SOMMAZIONE SOMMAZIONE ALGEBRICA

74 PROPRIETA DI SOMMAZIONE SOMMAZIONE SPAZIALE: SOMMA DEI POTENZIALI GRADUATI CHE SI GENERANO IN RISPOSTA ALL ARRIVO DI STIMOLI SIMULTANEI IN DIVERSE ZONE DEL NEURONE SOMMAZIONE TEMPORALE SOMMA DI POTENZIALI GRADUATI CHE SI GENERANO IN RAPIDA SUCCESSIONE IN UNA STESSA ZONA DEL NEURONE

75 SOMMAZIONE

76 MODULAZIONE MODULAZIONE POSTSINAPTICA: SI VERIFICA QUANDO UN NEURONE POSTSINAPTICO E BERSAGLIO DI ALMENO DUE NEURONI PRESINAPTICI CHE RILASCIANO NEUROTRASMETTITORI DIVERSI. IL NEURONE DETTO MODULATORE RILASCIA UN NEUROTRASMETTITORE (SOLITAMENTE INIBITORIO) SULLA CELLULA POSTSINAPTICA CHE MODIFICA LA RISPOSTA INDOTTA DALLA TRASMISSIONE SINAPTICA DELL ALTRO NEURONE PRESINAPTICO

77 INIBIZIONE POSTSINAPTICA

78 MODULAZIONE MODULAZIONE PRESINAPTICA INIBIZIONE PRESINAPTICA: IL NEURONE MODULATORE DIMINUISCE IL RILASCIO DI NEUROTRASMETTITORE DALLA CELLULA PRESINAPTICA FACILITAZIONE PRESINAPTICA: IL NEURONE MODULATORE INCREMENTA IL RILASCIO DI NEUROTRASMETTITORE DALLA CELLULA PRESINAPTICA

79 INIBIZIONE PRESINAPTICA UN NEURONE INIBITORIO PUO ESERCITARE LA SUA AZIONE FORMANDO SINAPSI SULLA TERMINAZIONE PRESINAPTICA DI UN ASSONE ECCITATORIO. IN QUESTO MODO IL NEURONE INIBITORIO (NEURONE MODULATORE) DETERMINA UNA RIDUZIONE DELLA QUANTITA DI NEUROTRASMETTITORE RILASCIATO DALLA TERMINAZIONE ECCITATORIA. IL NEURONE POSTSINAPTICO RICEVE COSI UNA MINORE QUANTITA DI NEUROTRASMETTITORE E SI GENERA UN EPSP DI AMPIEZZA RIDOTTA.

80 INIBIZIONE PRESINAPTICA

81 PLASTICITA SINAPTICA Le connessioni sinaptiche si modificano con l attività sinaptica Modificazioni a breve termine: Facilitazione, depressione, potenziamento post-tetanico Modificazioni a lungo termine Potenziamento a lungo termine LTP Depressione a lungo termine LTD Apprendimento di nuovi compiti e acquisizione di nuova memoria

82 PLASTICITA SINAPTICA A BREVE TERMINE Molte forme sono provocate da un azione prolungata degli ioni calcio nella terminazione presinaptica e inducono un incremento del rilascio di neurotrasmettitori: facilitazione e potenziamento La depressione sinaptica provoca una riduzione del rilascio di neurotrasmettitore durante una prolungata attività sinaptica

83 FACILITAZIONE Si verifica quando uno o più potenziali d azione invadono la terminazione sinaptica in rapida successione. Produce l aumento dell ampiezza del potenziale post-sinaptico. Permane per decine di millisecondi il calcio entra rapidamente nella terminazione ma i meccanismi che lo riportano ai valori basali sono più lenti. Si accumula nella terminazione presinaptica. Il pda successivo produce un maggior rilascio.

84 FACILITAZIONE

85 DEPRESSIONE SINAPTICA Riduzione del rilascio di neurotrasmettitore durante una prolungata attività sinaptica Ipotesi della deplezione delle vescicole: quando l attività sinaptica è elevata si riduce il numero di vescicole disponibili per l esocitosi E necessario attendere che la scorta di vescicole di riserva, ancorate al citoscheletro, sia mobilizzata e venga resa disponibile per l esocitosi.

86 POTENZIAMENTO POST-TETANICO (PPT) Agisce per un periodo di tempo compreso da decimi di secondo ad alcuni minuti Consiste in un aumento dell ampiezza dei potenziali post-sinaptici che si instaura dopo un periodo di stimolazione ad alta frequenza Meccanismo non ancora chiarito: azione dell attivazione di proteine chinasi presinaptiche su bersagli molecolari che regolano l esocitosi delle vescicole e il rilascio del neurotrasmettitore

87 POTENZIAMENTO POST-TETANICO (PPT) MEMORIA A BREVE TERMINE

88 POTENZIAMENTO A LUNGO TERMINE AUMENTO DELL EFFICACIA DELLA TRASMISSIONE SINAPTICA PER GIORNI O SETTIMANE e MESI L ATTIVITA DI UNA SINAPSI INDUCE UN DURATURO CAMBIAMENTO DELLA QUALITA O DELLA QUANTITA DELLE SINAPSI Modifiche presinaptiche Modifiche postsinaptiche Modifiche strutturali

89 POTENZIAMENTO A LUNGO TERMINE

90 POTENZIAMENTO A LUNGO TERMINE

91 POTENZIAMENTO A LUNGO TERMINE ATTIVITA COINCIDENTE DELL ELEMENTO PRE- E POST- SINAPTICO RINFORZANO LA CONNESSIONE SINAPTICA

92 POTENZIAMENTO A LUNGO TERMINE

93 POTENZIAMENTO A LUNGO TERMINE

94 PLASTICITA SINAPTICA

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