Il Sistema Nervoso e la Comunicazione fra i Neuroni

Marco Cambiaghi
(Pubblicato in parte il marzo 2006 come lavoro di tesi presso l’Università degli Studi di Milano)
Il Sistema Nervoso e la Comunicazione fra i Neuroni
Il sistema nervoso è formato da organi la cui funzione è quella di raccogliere stimoli
dall’esterno e dall’interno del corpo, valutarli, confrontarli, memorizzarli ed infine elaborare una
risposta adeguata agli stessi, regolando l’attività di tutti gli altri apparati.
La memorizzazione del flusso di informazioni in entrata al cervello è di fondamentale importanza
per la crescita di un organismo e per l’evocazione di risposte comportamentali coerenti.
Queste complesse funzioni sono svolte pressoché interamente dalle unità costitutive del cervello, le
cellule nervose o neuroni. Il cervello di un uomo contiene circa 1011/1012 neuroni che, sebbene
siano classificati in diversi modi, sono tutti riconducibili ad un’unica architettura di base piuttosto
semplice. La complessità delle funzioni svolte dal sistema nervoso centrale non è infatti celata nella
struttura delle sue componenti, bensì nell’elaborata rete di connessioni che si formano
continuamente [1] fra i neuroni che lo compongono. Conoscere quale siano i meccanismi tramite i
quali i neuroni “parlano” fra loro risulta quindi di fondamentale importanza nel campo delle
neuroscienze.
Il neurone
A livello morfologico un neurone è costituito da un corpo cellulare, o soma, dal quale si ramificano
i dendriti e l’assone. I dendriti si suddividono a partire dal corpo cellulare formando una struttura
arborizzata, il principale apparato di ricevimento dei messaggi che arrivano dalle altre cellule
nervose; l’assone, di contro, si estende allontanandosi anche di molto dal corpo cellulare (da pochi
micron ad alcuni metri) e rappresenta la via di uscita dei segnali generati dal neurone. Questi
segnali sono detti potenziali d’azione, impulsi elettrici che si trasmettono ad una velocità variabile
fra 1 e 100 metri al secondo dal punto di origine, solitamente i dendriti, sino alle sinapsi, i punti in
cui due neuroni entrano in contatto fra loro.
Le Sinapsi
Le zone specializzate nelle quali avvengono le interazioni fra i neuroni prendono il nome di
sinapsi, termine coniato da Charles Sherrington all’inizio del secolo scorso [2].
Le prime informazioni ultrastrutturali riguardo la morfologia dei contatti sinaptici derivano dagli
studi effettuati sulla giunzione neuromuscolare (NMJ), dove il contatto funzionale avviene fra una
terminazione neuronale e una cellula muscolare.
Una sinapsi è composta da una terminazione presinaptica, posta sull’assone, dalla quale giunge il
segnale, ed una postsinaptica, che si trova sul dendrite o sul corpo cellulare a cui giunge il segnale.
Lo spazio tra questi due compartimenti è denominato fessura sinaptica. La maggior parte delle
sinapsi del sistema nervoso sono sinapsi a trasmissione chimica, dove non esiste continuità
citoplasmatica fra i due neuroni. Tuttavia esistono anche sinapsi nelle quali le due cellule sono in
comunicazione fra loro tramite particolari canali ionici, le gap junction, che stabiliscono una
continuità fra il citoplasma delle due cellule: le sinapsi elettriche. Mentre nelle sinapsi elettriche la
corrente che genera il segnale passa fra questi canali, nelle sinapsi chimiche questo non è possibile.
Nel sistema nervoso centrale si riscontra un’ampia varietà di fenotipi sinaptici, sia morfologici che
funzionali. Questa complessità ha portato a diverse forme di caratterizzazione delle sinapsi: la prima
fu descritta da Gray (1959), il quale suddivise le sinapsi in base alle loro caratteristiche giunzionali.
La sinapsi di tipo 1 presenta una spessa densità postsinaptica e un’ampia fessura sinaptica (20 nm),
mentre nelle sinapsi di tipo 2 la fessura è più stretta (12 nm) e la densità postsinaptica meno
pronunciata. Questi tipi di sinapsi, in realtà, rappresentano gli estremi di un continuum morfologico
ed oggi si fa riferimento ad esse come a sinapsi asimmetriche (tipo 1) e simmetriche (tipo 2).
Un altro modo per classificare le sinapsi è quello di specificare quale parte del neurone forma la
componente pre- e postsinaptica. In molti casi l’elemento presinaptico in una sinapsi chimica è un
terminale assonico, un’espansione dell’assone che contiene le vescicole sinaptiche. un terminale
assonico può formare una sinapsi con qualsiasi parte del neurone postsinaptico. Perciò, le sinapsi
più comuni sono dette asso-dendritiche, asso-somatiche o asso-assonali. In realtà, la varietà di
relazioni sinaptiche è maggiore, poiché sono state osservate tutte le possibili combinazioni: sinapsi
dendro-dendritiche, somato-dendritiche, somato-somatiche ma anche dendro-assoniche e somatoassoniche. I terminali assonici (bottoni sinaptici) possono essere posti alla fine di un assone
mielinato o non (bottoni terminali) o essere presenti come varicosità lungo un assone non mielinato
o nei nodi di Ranvier di un assone mielinato (bottoni en passant).
L’elemento postsinaptico di una tipica giunzione può trovarsi sia su un ramo dendritico sia su
un’estensione che si origina da questo, chiamata spina sinaptica. La sua tipica caratteristica
morfologica è l’accumulo di materiale elettron-denso nella parte citoplasmatica. Le più abbondanti
proteine contenute in questo denso materiale, scoperte tramite analisi biochimiche, sono l’actina, la
tubulina e le proteine che le legano [3].
Il Terminale Presinaptico e la Trasmissione Chimica
A livello delle sinapsi chimiche del sistema nervoso centrale la fessura sinaptica è larga dai
20 ai 40 nm e, di conseguenza, la trasmissione deve dipendere dalla liberazione di un
neurotrasmettitore da parte del neurone “a monte”, tramite il terminale presinaptico, un
rigonfiamento specializzato dell’assone.
Un neurotrasmettitore è una sostanza chimica che si lega specificamente a recettori presenti sulla
membrana postsinaptica, attivando qui una serie di meccanismi responsabili della propagazione del
segnale al neurone “a valle”.
La natura dei neurotrasmettitori è solitamente aminica come la dopamina la serotonina o
l’epinefrina, oppure aminoacidica come l’acido γ-aminobutirrico la glicina o il glutammato.
Contenute nelle terminazioni presinaptiche si trovano strutture vescicolari specializzate – le
vescicole sinaptiche –, ognuna delle quali racchiude migliaia di molecole di uno specifico
neurotrasmettitore.
Queste vescicole si addensano in alcune regioni della membrana specializzate per la liberazione dei
neurotrasmettitori, chiamate zone attive (figura 1.1). La natura del rilascio è quantale [4], il che
significa che i neurotrasmettitori vengono rilasciati in pacchetti multimolecolari.
Figura 1.1 Zone attive di fusione delle vescicole sinaptiche. Si possono vedere nella figura le classiche strutture a Ω. Le
punte di freccia indicano vescicole rivestite (coated).Da [5]
Quando un potenziale raggiunge il terminale presinaptico, vengono attivati i canali per il Ca++
voltaggio dipendenti, i quali permettono un ingresso di ioni Ca++. A causa della differenza nel
gradiente di concentrazione del Ca++ (la concentrazione esterna è di ~ 10-3 M, mentre quella interna
è di ~ 10-7 M), l’apertura dei canali causa un rapido aumento nella concentrazione di Ca++ interna.
L’aumento intracellulare di Ca++ fa sì che le vescicole possano fondersi con la membrana
presinaptica e che i neurotrasmettitori vengano liberati nella fessura sinaptica tramite un processo di
esocitosi. L’innalzamento della concentrazione di Ca++ in questa sede è tuttavia transitoria e di
brevissima durata, poiché l’elemento libero viene prontamente allontanato dalla pompa del calcio
[6, 7].
Ad oggi, la precisa natura del sito di legame intracellulare per il calcio non è ben chiara, sebbene
siano state fatte molte ipotesi. Il maggior candidato come sensore per il calcio nel terminale
presinaptico è la sinaptotagmina, una proteina legata alla membrana delle vescicole sinaptiche della
quale esistono dodici diverse isoforme, identificate nel genoma dei mammiferi. Due strutture
ripetute, chiamate domini C2, sono presenti nel dominio citoplasmatica di tutte le sinaptotagmina e
sono, con buona probabilità, il sito di legame per il calcio [8].
I neurotrasmettitori liberati diffondono attraverso la fessura sinaptica e legano i recettori presenti
sulla membrana postsinaptica: questo legame può aprire o chiudere dei particolari canali ionici,
modulando la conduttanza e il potenziale del neurone postsinaptico.
L’insieme di questi passaggi è responsabile del ritardo nella trasmissione del segnale nelle sinapsi
chimiche rispetto a quelle elettriche anche di qualche millisecondo (apprezzabile 0.3 ms, in generale
1-5 ms o più) [9].
Le Vescicole Sinaptiche
Le vescicole sinaptiche rappresentano la più abbondante e uniforme classe di organelli
presenti nell’intero sistema nervoso. Mediamente un neurone contiene all’incirca 106-107 vescicole
sinaptiche. Poiché il sistema nervoso centrale di un uomo contiene almeno 1011 neuroni, in totale si
possono calcolare 1017-1018 vescicole sinaptiche.
Le vescicole sinaptiche sono fra i più piccoli organelli membranosi conosciuti, con un diametro
medio di 40-50 nm; analisi teoriche mostrano che sono richiesti circa 8.000 molecole di fosfolipidi
per formare un liposoma di queste dimensioni [10].
Considerando la massa molecolare media dei fosfolipidi (~ 800 daltons) e il rapporto fra la massa
dei fosfolipidi e delle proteine 3:1, ne segue che la somma della massa molecolare di tutte le
proteine di una singola vescicola sinaptica è nell’ordine di 3x106 daltons. Una singola copia della
pompa protonica, un enzima presente in tutte le vescicole, contribuisce per 600.000 daltons.
Quindi, la membrana di una singola vescicola sinaptica non può contenere più di 10-15 diverse
proteine oltre alla pompa protonica, assumendo una media di 50.000 daltons per subunità e
considerando che la maggior parte delle vescicole proteiche sono oligomeri [11].
Le Proteine coinvolte nel Traffiking delle Vescicole Sinaptiche
Le proteine attive nel terminale presinaptico sono non meno di 1000, delle quali un centinaio
si pensa essere coinvolte nel processo di eso-/endocitosi delle vescicole sinaptiche. Purificazioni
attraverso metodi biochimici hanno identificato 3 diversi complessi proteici che hanno ognuno una
funzione chiave nel terminale presinaptico.
Il complesso SNARE [solubile NSF (N-ethylmaleimide-sensitive fusion protein) attachment protein
receptor], le cui componenti proteiche sono state divise in due gruppi, v-SNAREs e t-SNAREs,
dove la v- e la t- stanno rispettivamente per vescicolare e di membrana. Le v-SNARE sono anche
dette r-SNARE, a causa del residuo di arginina (R) nella zona centrale della proteina, dove si
formano i legami a idrogeno con i tre residui di glutammina presenti nei motivi SNARE, regioni
caratteristiche delle proteine SNARE che permettono la formazione del complesso eterotrimerico;
le t-SNARE sono infatti dette anche q-SNARE, per il residuo di glutammina (Q) sopraccennato
[12].
Del primo gruppo fa parte la sinaptobrevina, o VAMP (vesicle-associated membrane protein),
mentre al secondo gruppo appartengono la sintaxina e SNAP-25 (synaptosomal-associated protein
of 25 kDa). La sintaxina e VAMP hanno un dominio transmembrana carbossi-terminale, mentre
SNAP-25 è connesso alla membrana tramite la palmitoilazione di diversi residui di cisterna [13].
Questo complesso è essenziale per il docking e per la fusione delle vescicole con la membrana. Il
secondo complesso proteico è formato da Munc18/UNC-18 (mammalian uncoordinated
18/uncoordinated-18), Munc13/UNC-13, e la sinaptotagmina (syt), che interagiscono con il
complesso SNARE e regolano il processo d’esocitosi delle vescicole. Il terzo complesso è composto
da varie proteine – come Piccolo o Bassoon – che formano una struttura a matrice nella zona attiva
del terminale presinaptico, necessaria per l’organizzazione dell’esocitosi [14].
Ciclo Vitale delle Vescicole Sinaptiche
Fra tutti i tipi di trasporto cellulare, quello delle vescicole sinaptiche è certamente il più
rapido e il più finemente regolato [15].
All’inizio degli anni ’70, due diversi gruppi usarono la microscopia elettronica per esaminare come
la stimolazione alterava la struttura della giunzione neuromuscolare di rana (NMJ). Stimolando a 10
Hz per un minuto, Heuser & Reese (1973) osservarono una diminuzione nel numero di vescicole
sinaptiche e la comparsa di un compartimento membranoso (cisterne e strutture tubulari) che si
formava a partire dalla membrana plasmatica (figura 1.2 B). Se veniva poi dato un periodo di riposo
dopo la stimolazione, le vescicole riapparivano, apparentemente a spese della cisterna.
Di contro, Ceccarelli e altri (1973) osservarono dei piccoli cambiamenti nella struttura degli stessi
terminali dopo una stimolazione a bassa frequenza (2 Hz fino a 4 ore; figura 1.2 C). Dopo il rilascio
le vescicole venivano riciclate molto velocemente, tanto da prevenire il completo svuotamento dei
neurotrasmettitori.
Questi diversi metodi di endocitosi sono stati accettati entrambi come meccanismi di endocitosi
della giunzione neuromuscolare: alcune vescicole si fondono completamente con la membrana
plasmatica e sono quindi riciclate tramite endocitosi mediata da clatrina (CME), mentre altre
vescicole rilasciano il neurotrasmettitore senza subire una completa fusione, e vengono endocitosate
velocemente tramite una rapida inversione di questo processo. Quest’ultimo meccanismo è stato
poeticamente chiamato kiss & run [16].
Un terzo meccanismo di endocitosi, osservato in diverse specie, comporta la formazione di
profonde invaginazioni di membrana non mediate da clatrina (figura 1.2 D). Queste invaginazioni
possono sia staccarsi dalla membrana che rimanere connesse ad essa [16].
Le vescicole sono prodotte nel soma della cellula a livello dell’organo del Golgi, e da qui trasferite
lungo l’assone fino alle sinapsi (figura 1.3 A), dove vengono immagazzinate, utilizzate per la
trasmissione dei segnali e riciclate più volte [17].
Uno schema semplificato del ciclo secretorio delle vescicole sinaptiche è mostrato nella parte B
della figura 1.3.
Figura 1.2 A, immagine al microscopio elettronico della giunzione neuromuscolare di rana a riposo. B, modello di
recupero delle vescicole ipotizzato da Heuser-Reese. A sinistra viene mostrato come le vescicole si fondono
completamente con la membrana plasmatica e vengono recuperate tramite CME. Le vescicole possono anche originare
dalle cisterne. A destra la giunzione stimolata a 10 Hz per 1 minuto; si vedono le vescicole rivestite (frecce) e le cisterne
(c). C, modello di Ceccarelli per l’endocitosi. A sinistra è mostrata una figura con la formazione di pori transienti, il kiss
& run: la vescicole viene recuperata nello stesso sito. A destra una foto di una terminazione stimolata a 2 Hz per 2 ore,
mostra l’assenza di vescicole con clatrina e di cisterne. D, recupero di membrana di massa. Nel modello a sinistra ampie
regioni di membrana vengono internalizzate. Vescicole ricoperte possono gemmare da invaginazioni di membrana o da
grosse cisterne. Nella foto a destra si vedono grosse cisterne vuote (frecce aperte) o piene di FM1-43 (vedi oltre, frecce
piene). Barra, 250 nm. Da [16].
A
B
Figura 1.3 Rappresentazione schematica del ciclo vitale delle vescicole sinaptiche: le vescicole vengono sintetizzate a
livello del golgi nel corpo cellulare (1) e da qui portate al terminale presinaptico tramite il trasporto assonale rapido(2).
Qui le vescicole vuote si riempiono di neurotrasmettitori (3) tramite trasportatori attivi grazie al gradiente
elettrochimico che viene stabilito dall’attività delle pompo protoniche; le vescicole vengono poi portate verso la zona
attiva (4), dove le membrane entrano in contatto (5). Le vescicole sono pronte per la fusione (6), così da poter
rispondere prontamente ai successivi incrementi della concentrazione di Ca++. L’entrata di Ca++ attraverso i canali
voltaggio dipendenti innesca il rilascio dei neurotrasmettitori (7) in meno di 1 ms. Le vescicole che si sono svuotate
vengono rivestite da clatrina e proteine associate (8) per prepararsi all’endocitosi della vescicola, un processo durante il
quale potrebbe essere ancora coinvolto il calcio. Quindi le vescicole perdono il rivestimento di clatrina, la parte
luminale viene acidificata dalle pompe protoniche (9) e tornano verso gli early endosomes, con i quali si fondono (10)
per eliminare o sostituire le proteine di membrana. Da qui le vescicole vengono rigenerate (11). Sebbene molte
vescicole riciclino tramite l’endosoma (step 10 e 11), è possibile che alcune vescicole non passino per questa via,
passando direttamente dallo step 9 allo step 3. Inoltre, le vescicole – dopo il rilascio del neurotrasmettitore – possono
fare endocitosi restando nella zona attiva (kiss&stay) o riciclando localmente (dallo step 7 direttamente al 3) senza la
mediazione della clatrina (kiss&run): entrambi sono molto più rapidi rispetto al processo mediato da clatrina [11].
Modificato da “Mechanisms of synaptic vesicle exocytosis” [13] e “The synaptic vesicle cycle: a cascade of proteinprotein interactions” [15].
A livello molecolare, le vescicole vengono reclutate dal gruppo di vescicole di riserva che sono
attaccate al citoscheletro di actina tramite la sinapsina e quindi avvicinate alla membrana plasmatica
(figura 1.4).
Qui le vescicole subiscono il processo di priming attraverso un meccanismo sconosciuto, nel quale
partecipano Munc18 e Munc13, due proteine che legano la sintaxina.
Figura 1.4 Schema del processo di avvicinamento e fusione di una vescicola sinaptica con la membrana plasmatica con
successivo rilascio del neurotrasmettitore. Si può notare la formazione del complesso delle SNARE per il fenomeno di
docking e il ruolo della sinaptotagmina e delle proteine Munc nel priming della vescicola. Da [18]
Questo step porta alla formazione di un complesso fra le v-SNARE e SNAP-25. La formazione di
questo debole legame riduce le distanze fra la vescicola e la membrana plasmatica. All’arrivo di un
potenziale si aprono i canali per il calcio che, entrando nella cellula, innesca un cambiamento
conformazionale della sinaptotagmina-1; questo cambiamento permette un legame più stretto del
complesso delle SNARE, il quale porta ad un’immediata fusione delle membrane: la membrana
della vescicola si integra con quella plasmatica, permettendo il rilascio del proprio contenuto. Il
tempo che intercorre fra l’arrivo di un potenziale e la fusione delle vescicole a livello del terminale
presinaptico è all’incirca di 500 µs [19].
Il complesso SNARE viene dissociato dall’azione delle SNAPs (solubile NSF-attachment protein) e
dal NSF (un ATPasi che lega il complesso SNARE tramite α-SNAP), non mostrati in figura per
semplicità.
Le proteine della vescicola sono quindi reinternalizzate (figura 1.5) da un meccanismo mediato
dalla clatrina e dalla dinamina o da un’endocitosi non mediata da clatrina. La dinamina permette
alla vescicola di staccarsi dalla membrana. Infine, la clatrina si stacca dalle vescicole e la pompa
protonica ristabilisce il gradiente elettrochimico interno, che permette l’uptake di nuovo
neurotrasmettitore nella vescicola [18].
Figura 1.5 Endocitosi di una vescicola sinaptica madiata da clatrina e dinamina. Da [18]
SNARE Proteins
Le SNAREs formano una famiglia di piccole proteine, per lo più ancorate alla membrana,
che mostrano un motivo comune di circa 60 aminoacidi [20].
Come già accennato, il complesso delle SNARE proteins è essenziale per la fusione delle vescicole
sinaptiche; tuttavia queste proteine sono state osservate anche in vari tipi cellulari non neuronali con
esocitosi regolata, persino nel lievito [21, 22]. È stato ampiamente osservato che, nelle appropriate
condizioni, le tre proteine formano un complesso etero-trimerico stabile in vitro [23];
l’assemblaggio del complesso v-/t-SNARE nelle cellule sembra invece essere sotto il controllo di
proteine regolatrici. Fra queste, ci sono diversi membri della famiglia delle Rab GTPasi e di Sec1
[24].
Un’evidenza funzionale del fatto che VAMP, la sintaxina e SNAP-25 hanno un ruolo essenziale
nella fusione delle vescicole è dato dalla dimostrazione che la tossina botulinica (BoNT) e la tossina
tetanica (TeNT) bloccano il rilascio di neurotrasmettitori tramite il clivaggio proteolitico specifico
di ognuna delle tre proteine. TeNT e BoNT di tipo B, D, F e G tagliano VAMP, mentre BoNT/A e
BoNT/E tagliano SNAP-25 e BoNT/C la sintaxina [25].
Nonostante in una tipica cellula di mammifero sia presente un ampio repertorio di SNAREs, solo un
piccolo numero di esse è coinvolto nel rilascio di vescicole contenenti neurotrasmettitori a seguito
di una depolarizzazione di membrana.
VAMP1 e VAMP2 sono proteine integrali di membrana di 13 kDa delle vescicole sinaptiche e dei
granuli (large dense-core). Sono formate da 4 parti (i numeri si riferiscono all’isoforma 2 di Rattus
Norvegicus): i) un segmento N-terminale (27 residui) ricco di proline la cui sequenza è isoforma
specifica; ii) un segmento (residui 28-93) ben conservato fra le diverse isoforme che contiene un
settetto ripetuto tipico dei coiled-coils e una corta α-elica che si inserisce, coi vicini residui (77-92),
nella regione all’interfaccia della membrana lipidica; iii) un singolo dominio transmembrana; e iv)
una coda intraluminale poco conservata e di lunghezza variabile, dovuta a splicing alternativo.
Le sintaxine 1 e 2 sono legate alla membrana presinaptica tramite un segmento transmembrana
connesso ad un corto dominio C-terminale extracellulare e posseggono una grossa porzione
citosolica che include due domini con caratteristiche strutturali differenti. Il dominio N-terminale
(residui 1-120) è formato da tre lunghe α-eliche che sembra siano coinvolte nell’interazione
proteina-proteina, mentre la porzione centrale (180-262) contiene delle sequenze coiled-coil
ripetute. Nel tessuto nervoso coesistono diverse isoforme di sintaxina.
SNAP-25 è localizzata nella porzione citosolica, collegata alla membrana cellulare tramite cisterne
palmitoilate, situate nel mezzo della catena polipeptidica. SNAP-25 è molto conservata fra le
diverse specie, con piccole variazioni nella lunghezza. Esistono due isoforme, A e B, generate per
splicing alternativo, dove la forma B è predominante nel tessuto nervoso adulto. Si conoscono
inoltre una forma breve (SNAP-23) e una lunga (SNAP-29), che possono vicariare per SNAP-25.
All’interazione con la sintaxina, SNAP-25 forma un complesso a tre eliche che dovrebbe funzionare
come un recettore per VAMP. Inoltre, SNAP-25, si lega stechiometricamente alla sinaptotagmina,
che è ritenuta essere il sensore per il calcio, e questa interazione sembra essere importante per la
fase calcio dipendente del rilascio del neurotrasmettitore.
Le tre proteine SNARE si associano, prima della fusione delle membrane, in un complesso che ha
un rapporto 1:1:1 appaiando i loro domini coiled-coil a partire dalle sequenze N-terminali.
L’appaiamento procede sino a creare un legame di quattro eliche di circa 12 nm con un
orientamento parallelo, che porta i segmenti transmembrana di VAMP e della sintagmina a stretto
contatto fra loro e al segmento C-terminale e centrale di SNAP-25 (vedi figura 1.6).
Questo complesso SNARE è in configurazione trans- rispetto ai due domini transmembrana, uno
nella vescicola e l’altro nella membrana cellulare. In questa conformazione la superficie del
complesso ha il maggior numero di solchi e cariche esposte, permettendo l’interazione con altre
proteine. Questo complesso porta le due membrane in contatto, permettendo la fusione.
Dopo la fusione, il complesso passa in modalità cis-, con entrambi i domini transmembrana nella
stessa membrana [26].
Figura 1.6 Sezione laterale del modello di un supercomplesso SNARE. VAMP è in blue, la sintaxina in
rosso e SNAP-25 in verde. Le cisterne palmitoilate
sono rappresentate come sfere gialle con code nere
che si inseriscono in membrana. Da [26]
A causa dell’estrema stabilità del complesso eterotrimerico che si viene a formare (il t/2 per il
disassemblaggio spontaneo è stato stimato in 1010 anni [19], è necessario l’intervento di altre
proteine (NSF, SNAPs e altre) per svolgere il legame che si forma fra le quattro eliche e recuperare
la vescicola sinaptica dalla membrana.
Figura 1.7: Vista dall’alto del modello di un supercomplesso SNARE. VAMP è in blu, la sintaxina in rosso
e SNAP-25 in verde. Le cisterne palmitoilate sono
rappresentate come sfere gialle con code nere che si
inseriscono
in
membrana.
Qui
è
proposto
un
dodecamero. Da [26]
Negli ultimi anni si è andata formando l’idea che diversi complessi SNARE vengono connessi
tramite legami di SNAP-25 a formare una struttura a rosetta (figura 1.7) attorno al poro di fusione, e
che questo anello di complessi SNARE è necessario per l’esocitosi regolata rapida [24, 26].
Marco Cambiaghi
Bibliografia
1.
Kandel, E.R., J.H. Schwartz, and T.M. Jessell, Principles of neural science. 4th ed. 2000,
Stamford, Conn. ; Toronto: Appleton & Lange. xli, 1414 p.
2.
Clarke, E. and C.D. O'Malley, The human brain and spinal cord; a historical study
illustrated by writings from antiquity to the twentieth century. 1968, Berkeley,: University of
California Press. xiii, 926.
3.
Ziff, E.B., Enlightening the postsynaptic density. Neuron, 1997. 19(6): p. 1163-74.
4.
Del Castillo, J. and B. Katz, Quantal components of the end-plate potential. J Physiol, 1954.
124(3): p. 560-73.
5.
Abenavoli, A., et al., Multimodal quantal release at individual hippocampal synapses:
evidence for no lateral inhibition. J Neurosci, 2002. 22(15): p. 6336-46.
6.
Llinas, R., M. Sugimori, and R.B. Silver, The concept of calcium concentration
microdomains in synaptic transmission. Neuropharmacology, 1995. 34(11): p. 1443-51.
7.
Reuter, H., Diversity and function of presynaptic calcium channels in the brain. Curr Opin
Neurobiol, 1996. 6(3): p. 331-7.
8.
Augustine, G.J., How does calcium trigger neurotransmitter release? Curr Opin Neurobiol,
2001. 11(3): p. 320-6.
9.
Kandel, E.R., J.H. Schwartz, and T.M. Jessell, Essentials of neural science and behavior.
1995, Norwalk, CT: Appleton & Lange. xxi, 743.
10.
Jahn, R. and T.C. Sudhof, Synaptic vesicle traffic: rush hour in the nerve terminal. J
Neurochem, 1993. 61(1): p. 12-21.
11.
Sudhof, T.C., The synaptic vesicle cycle. Annu Rev Neurosci, 2004. 27: p. 509-47.
12.
Raptis, A., et al., Distribution of synaptobrevin/VAMP 1 and 2 in rat brain. J Chem
Neuroanat, 2005. 30(4): p. 201-11.
13.
Lin, R.C. and R.H. Scheller, Mechanisms of synaptic vesicle exocytosis. Annu Rev Cell Dev
Biol, 2000. 16: p. 19-49.
14.
Zhen, M. and Y. Jin, Presynaptic terminal differentiation: transport and assembly. Curr
Opin Neurobiol, 2004. 14(3): p. 280-7.
15.
Sudhof, T.C., The synaptic vesicle cycle: a cascade of protein-protein interactions. Nature,
1995. 375(6533): p. 645-53.
16.
Royle, S.J. and L. Lagnado, Endocytosis at the synaptic terminal. J Physiol, 2003. 553(Pt 2):
p. 345-55.
17.
Ryan, T.A. and S.J. Smith, Vesicle pool mobilization during action potential firing at
hippocampal synapses. Neuron, 1995. 14(5): p. 983-9.
18.
Galli, T. and V. Haucke, Cycling of synaptic vesicles: how far? How fast! Sci STKE, 2004.
2004(264): p. re19.
19.
Sorensen, J.B., SNARE complexes prepare for membrane fusion. Trends Neurosci, 2005.
28(9): p. 453-5.
20.
Jahn, R. and T.C. Sudhof, Membrane fusion and exocytosis. Annu Rev Biochem, 1999. 68:
p. 863-911.
21.
Elferink, L.A., W.S. Trimble, and R.H. Scheller, Two vesicle-associated membrane protein
genes are differentially expressed in the rat central nervous system. J Biol Chem, 1989.
264(19): p. 11061-4.
22.
Bennett, M.K. and R.H. Scheller, The molecular machinery for secretion is conserved from
yeast to neurons. Proc Natl Acad Sci U S A, 1993. 90(7): p. 2559-63.
23.
Osen-Sand, A., et al., Common and distinct fusion proteins in axonal growth and transmitter
release. J Comp Neurol, 1996. 367(2): p. 222-34.
24.
Weber, T., et al., SNAREpins: minimal machinery for membrane fusion. Cell, 1998. 92(6):
p. 759-72.
25.
Montecucco, C. and G. Schiavo, Mechanism of action of tetanus and botulinum neurotoxins.
Mol Microbiol, 1994. 13(1): p. 1-8.
26.
Montecucco, C., G. Schiavo, and S. Pantano, SNARE complexes and neuroexocytosis: how
many, how close? Trends Biochem Sci, 2005. 30(7): p. 367-72.