Πειράματα των Katz και Miledi την δεκαετία του 1960 στη γιγαντιαία σύναψη του καλαμαριού. Miledi, Woods Hole, 1955

Ενδοκυττάριες καταγραφές από μυϊκή ίνα βατράχου, Brernard Katz, Paul Fatt Τα μικροδυναμικά τελικής πλάκας καταγράφονται μόνο στο σημείο επφής μςτταξύ νευρικής και μυϊκής ίνας (Β). Εντείνονται και απατείνονται από προστιγμίνη. Μειώνονται από παράγοντες που αποκλείουν τον υποδοχέα Ach. Η απελευθέρωση του νευροδιαβιαβαστή: η συνεισφορά του Bernard Katz Διάγραμμα το οποίο εξηγεί την κβαντική απελευθέρωση νευροδιαβιβαστών μέσω της «εξωκυττάρωσης» από τα συναπτικά κυστίδια. Το σχήμα παρουσιάσθηκε από τους del Castillo και B. Katz σε συμπόσιο τον Ιούλιο 1955.

Πειράματα των Katz και Miledi την δεκαετία του Ούτε τα ιόντα Na ούτε τα ιόντα Κ είναι απαραίτητα για την απελευθέρωση του διαβιβαστή.

Jose del Castillo, 1952 Katz και Miledi, 1965, νευρομυϊκή σύναψη βατράχου Πειράματα των Llinas και Heuser, 1977, με καθήλωση τάσης Η εισροή ιόντων Ca προκαλεί την απελευθέρωση του διαβιβαστή

Ασβέστιο και νευροφυσιολογία: η συνεισφορά του Ricardo Miledi

Stazione Zoologica, Naples, 1973 Miledi, 1973, Proc. Royal Soc. Lond. Transmitter release induced by injection of calcium ions into nerve terminals. Llinas, 1982 Η εισροή ασβεστίου επηρεάζει τη χρονική εξέλιξη της συναπτικής διαβίβασης

Ο νευροδιαβιβαστής απελευθερώνεται σε σταθερές ποσότητες ή κβάντα S: μικροδυναμικά τελικής πλάκας, 0,5mV Πείραμα 1: Ach – αναστολή υδρόλυσης ή υποδοχέων, εκφύλιση Πείραμα 2: διοχέτευση ACh Πείραμα 3: μέτρηση ιοντικού ρεύματος, 0,3μV – 2000 δίαυλοι – 5000 μόρια Ach Πείραμα 4: χαμηλή συγκέντρωση ασβεστίου, δεν αλλάζει το μοναδιαίο ΜΔ Πείραμα 5: αύξηση, μεγαλύτερος ο αριθμός των κβάντων

Ο διαβιβαστής απελευθερώνεται με εξωκυττάρωση από τα συναπτικά κυστίδια στην ενεργό ζώνη

Εξωκυττάρωση και ενεργές ζώνες

Ενδείξεις ότι το κβάντο είναι ένα κυστίδιο Ο νευροδιαβιβαστής απελευθερώνεται από τα κυστίδια: Ολες οι χημικές συνάψεις περιέχουν προσυναπτικά κυστίδια. Τα συναπτικά κυστίδια συγκεντρώνουν και αποθηκεύουν διαβιβαστές. Απότομη κατάψυξη της νευρομυϊκής σύναψης κατά την διέγερση δείχνει εξωκυττάρωση κυστιδίων που συμβαίνει τη στιγμή της απελευθέρωσης του διαβιβαστή. Ενδοκυστιδιακές πρωτεϊνες εμφανίζονται στην εξωτερική πλευρά της απόληξης μετά την έκκριση. Καθυστέρηση της πλήρωσης των κυστιδίων με φάρμακα παράγει μια κατηγορία μικρών μικροδυναμικών τελικής πλάκας (mEPSPs) που πιθανώς αντιπροσωπεύουν κυστίδια που έχουν γεμίσει μερικώς. Αντίθετα, το μέγεθος του κβάντου είναι ανεξάρτητο από την κυτταροπλασματική συγκέντρωση της ακετυλοχολίνης. Τα συναπτικά κυστίδια που σχηματίζονται με την ενδοκυττάρωση γεμίζουν με εξωκυττάριες ηλεκτρονικώς-πυκνές και φθωρίζουσες χρωστικές (HRP και FM1-43, αντίστοιχα) μετά από διέγερση του νεύρου. Η χρωστική απελευθερώνεται μετά από διέγερση. Οι τοξίνες του κλοστριδίου που παρεμβαίνουν στην αλληλεπίδραση της μεμβράνης συναπτικού κυστιδίου με την πλασματική μεμβράνη αποκλείουν την έκκριση του διαβιβαστή. Ενα κβάντο είναι ένα κυστίδιο: Ο αριθμός των μορίων ακετυλοχολίνης σε απομωνομένα κυστίδια αντιστοιχεί στον αριθμό των μορίων που απελευθερώνονται σε ένα κβάντο. Οταν επαυξάνεται η απελευθέρωση και διευρύνεται το δυμαικικό ενέργειας με την 4-αμινοπυριδίνη οπότε η συγχώνευση των κυστιδίων παρατείνεται, ο αριθμός των παραμορφώσεων στην κυτταρική μεμβράνη αντιστοιχεί με τον αριθμό των κβάντων που απελευθερώνεται από ένα δυναμικό ενέργειας. Ο αριθμός των κυστιδίων που υπάρχουν στις νευρικές απολήξεις αντιστοιχούν στη συνολική αποθήκη των κβάντων κάτω από συνθήκες που έχει αποκλεισθεί η ενδοκυττάρωση.

Δίαυλοι ασβεστίου και εξωκυττάρωση

Μεταβολές του εμβαδού της προσυναπτικής μεμβράνης ανιχνεύονται με μέτρηση της χωρητικότητας κατά την εξωκυττάρωση

Μηχανισμός απελευθέρωσης του νευροδιαβιβαστή (1)Δέσμευση και κινητοποίηση των κυστιδίων: συναψίνες (2)Καθοδήγηση των κυστιδίων στις θέσεις δεξαμενισμού: Rab3a, Rab3b (3)Σύμπλοκο δεξαμενισμού - NSF και SNAP (κυτταροπλασματικές πρωτεϊνες), συνταξίνη (πρωτεϊνη-λήπτη), συναπτομπρεβίνες (πρωτεϊνη- δότη).

Κοινό σχήμα του δεξαμενισμού σε όλα τα κύτταρα

Η μεταφορά (εξωκυττάρωση) των υποδοχέων NMDA που ρυθμίζεται από την PKC γίνεται μέσω του συμπλόκου SNARE* * Lin et al. 2001, Soc. Neurosci. Abstr

Κοινό σχήμα του δεξαμενισμού σε όλα τα κύτταρα yeast mammalian cells Synaptic vesicles yeast

Το σύμπλοκο SNARE και η δράση των νευροτοξινών

Ρόλος ασβεστίου και πρωτεϊνών GTP

Ανακύκληση της μεμβράνης των κυστιδίων

Δομή και τοπολογία των κυριότερων μεμβρανικών πρωτεϊνών του συναπτικού κυστίδου

O αριθμός των συναπτικών κυστιδίων που απελευθερώνονται από ένα δυναμικό ενέργειας διαμορφώνεται από την εισροή ασβεστίου- Βραχείας διάρκειας μεταβολές της συναπτικής αποτελεσματικότητας μέσω μεταβολής του δυναμικού ηρεμίας Εισροή Ca +2 σταθερής κατάστασης. Οι μεταβολές του δυναμικού ηρεμίας της προσυναπτικής μεμβράνης επηρεάζουν την ενδοκυτταρική συγκέντρωση Ca +2 – την ποσότητα του διαβιβαστή – το μετασυναπτικό δυναμικό.

Βραχείας διάρκειας μεταβολές της συναπτικής αποτελεσματικότητας μέσω μεταβολής του ρυθμού διέγερσης του προσυναπτικού νευρώνα. Τετανική διέγερση – ενδυνάμωση – μετατετανική ενδυνάμωση (μερικά λεπτά έως και μια ώρα ή και περισσότερο) – υπολειπόμενο Ca +2 - μακροχρονη ενδυνάμωση (LTP) Βραχυπρόθεσμη κυτταρική μνήμη.

Το ελεύθερο ενδοκυττάριο ασβέστιο ρυθμίζεται από συναπτικές συνδέσεις που καταλήγουν στις προσυναπτικές απολήξεις Νευροαξονο-αξονικές συνδέσεις

Ο κύκλος ζωής των συναπτικών κυστιδίων

Μικροπεριοχές με υψηλή συγκέντρωση ασβεστίου σχηματίζονται κοντά σε ανοικτούς διαύλους ασβεστίου και προκαλούν των εξωκυττάρωση των συναπτικών κυστιδίων.

Σχηματική αναπαράσταση της δομής και τοπολογίας των κύριων μεμβρανικών πωτεϊνών των συναπτικών κυστιδίων.

Οι πρωτεϊνες του συμπλόκου SNARE και η δράση ορισμένων νευροτοξινών.

Η απελευθέρωση του διαβιβαστή χρησιμοποιεί παρόμοιο μηχανισμό με πολλές διεργασίες συγχώνευσης μεμβρανών στα ευκαρυωτικά κύτταρα.