Istologia 45 - Sinapsi

Istologia 45 - Sinapsi 1

Istologia 45 - Sinapsi

Le sinapsi sono le zone in cui un impulso viene trasmesso da un neurone a un altro. Le sinapsi hanno solitamente una forma rigonfia (per questo si parla di bottoni sinaptici).

Il neurone che deve trasmettere l’impulso è il neurone presinaptico; il neurone che riceve l’impulso è il neurone postsinaptico.

Simili alle sinapsi sono le giunzioni neuromuscolari, in cui l’elemento postsinaptico è rappresentato da un muscolo.

Classificazione

Le sinapsi si possono classificare in base a diversi criteri:

 In base alla direzione della propagazione dell’impulso

 Asso-dendritiche. Sono le più comuni. Avvengono tra l’assone di un neurone e i dendriti del corpo cellulare di un altro neurone.

 Asso-somatiche. Sono sinapsi che avvengono tra l’assone di un neurone e il corpo cellulare di un altro neurone, ma non con i dendriti.

 Asso-assoniche. Sono meno comuni. Avvengono tra assoni di neuroni diversi.

 In base al meccanismo di azione

 Chimiche. Funzionano grazie ai neurotrasmettitori. Si tratta di molecole liberate nella sinapsi dal neurone presinaptico capaci di indurre un’eccitazione o un’inibizione a livello del neurone postsinaptico. L’impulso portato dal neurone presinaptico determina il rilascio di vescicole di neurotrasmettitore che, arrivate sulla membrana postsinaptica, si legano ad alcune molecole inducendo un nuovo impulso elettrico.

I neurotrasmettitori utilizzati per gli scambi di segnale vengono prodotti attraverso 2 meccanismi differenti:

 A livello centrale (nel corpo del neurone) e trasferito nella sinapsi tramite il flusso assonico anterogrado veloce.

 A livello dell’elemento presinaptico, grazie agli enzimi trasportati dal flusso assonico anterogrado lento.

I neurotrasmettitori possono essere:

 Eccitatori, se inducono una depolarizzazione dell’elemento postsinaptico (inducendo l’apertura dei canali Na

). Sono neurotrasmettitori eccitatori l’adreanalina, la dopamina, …

 Inibitori, se inducono una iperpolarizzazione dell’elemento postsinaptico (inducendo l’apertura dei canali Cl

e/o K

). Sono neurotrasmettitori inibitori il GABA, la glicina, …

 Misti, se l’effetto sull’elemento postsinaptico dipende dal tipo di recettore cui si lega il neurotrasmettitore. Un esempio è l’acetilcolina: se si lega ai recettori nicotinici (tipici dei muscoli scheletrici), induce una depolarizzazione (eccitazione) del muscolo; se si lega ai recettori muscarinici (tipici del muscolo cardiaco), inducono una iperpolarizzazione (inibizione) del muscolo.

 Fisiche o elettriche. Non c’è l’intervento dei neurotrasmettitori, ma il passaggio dal neurone presinaptico al postsinaptico avviene tramite delle semplici gap junction.

 In base a densità presinaptica e postsinaptica

 Sinapsi tipo I (asimmetriche). La densità postsinaptica è più pronunciata della presinaptica.

Tutte le sinapsi eccitatorie sono di tipo I.

 Sinapsi tipo II (simmetriche). Le densità postsinaptica e presinaptica sono pronunciate allo

stesso modo.

Istologia 45 - Sinapsi 2 Struttura della sinapsi chimica

La sinapsi, quindi, nel complesso è formata da:

 Membrana presinaptica. È ricca di vescicole, che possono far parte o del pool di riserva o del pool riciciclabile, che è quello utilizzato nella sinapsi. Le vescicole sono tenute ferme nel citoplasma della membrana presinaptica grazie ad una molecola, la sinapsina.

Esse contengono:

 Neurotrasmettitori, tra cui:

 Acetilcolina. Si parla in questo caso di sinapsi colinergiche. Le vescicole di acetilcolina sono apparentemente vuote se viste al microscopio

 Noradrenalina. Si parla in questo caso

di sinapsi adrenergiche. Le vescicole di noradrenalina sono simili ai granuli del surrene.

 Catecolamine (adrenalina, dopamina, …). Si tratta di vescicole molto numerose e assai elettrondense.

 GABA, glicina e altri a significato inibitorio.

 Neuropeptidi. Si tratta di proteine che non vengono rilasciate nella fessura sinaptica, ma nello spazio attorno ad essa. Svolgono effetti a lunga durata e possono o influenzare in maniera paracrina altri neuroni o entrare nel circolo ematico, diventando così neurormoni.

La parte di citoplasma a ridosso della membrana presinaptica è più scura, per la presenza di placche proteiche che formano una specie di “griglia” subito al di sotto del doppio strato di fosfolipidi;

questa zona prende il nome di densità presinaptica.

 Fessura sinaptica. Si tratta di un sottile interstizio di 25 nm (che arriva a 50 nm nelle sinapsi neuromuscolari).

 Membrana postsinaptica. Non contiene vescicole. Anche qui, a ridosso della membrana è presente una zona più densa, la densità postsinaptica. Questa contiene una serie di complessi proteici scaffold, il cui ruolo è quello di modulare le sinapsi.

Funzionamento

Il funzionamento delle sinapsi avviene in diverse tappe:

1. Il potenziale di azione arriva a livello della membrana presinaptica, determinando

 Apertura dei canali del Ca

 Ingresso degli ioni Ca

2. A questo punto, avvengono tre processi in contemporanea:

 Gli ioni Ca

agiscono sulla calmodulina, una proteina che attiva una chinasi che fosforila la sinapsina. A causa della fosforilazione, la sinapsina non tiene più bloccate le vescicole.

 Sempre gli ioni Ca

si legano anche alla sinaptogamina, che riveste le vescicole. Grazie a questa interazione, la sinaptogamina si lega alle proteine SNARE della membrana presinaptica.

In questo modo, la membrana della vescicola si fonde con quella della membrana presinaptica

.

1La fusione della vescicola con la membrana presinaptica è un processo che viene impedito dalla tossina botulinica, prodotta dal batterio Clostridium botulinum. Questa è responsabile del botulismo, una patologia che colpisce le sinapsi eccitatorie neuromuscolari e che impedisce gradualmente ai muscoli di contrarsi (il soggetto è via via paralizzato). La tossina botulinica, pur essendo la sostanza più nociva finora rilevata, viene utilizzata anche in trattamenti estetici; impedendo la contrazione dei muscoli, infatti, impedisce la formazione di rughe e pieghe sulla pelle, dandole un aspetto più giovanile.

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 Le vescicole, prima di agganciarsi alla membrana presinaptica, attivano una pompa nella loro membrana, che butta fuori dalla vescicola ioni H

(che la vescicola importa grazie ad un’altra pompa) e sfrutta questa energia per internalizzare il neurotrasmettitore.

3. Il neurotrasmettitore viene liberato nella fessura sinaptica e si lega ai recettori sulla membrana postsinaptica. Questo induce un cambiamento di potenziale nella membrana postsinaptica, che può essere di due tipi:

 Rapido, nel caso in cui il recettore del neurotrasmettitore sia un canale ionico. In questo modo, appena avviene il legame, il canale si apre permettendo l’ingresso degli ioni corrispondenti. Un esempio sono i recettori nicotinici dell’acetilcolina che, una volta legati al neurotrasmettitore, si aprono e lasciano entrare ioni Na

provocando una depolarizzazione a livello della membrana postsinaptica

 Lento, nel caso in cui il recettore trasmette il segnale ad una serie di proteine che hanno come interlocutore finale il canale ionico. Un esempio sono i recettori muscarinici dell’acetilcolina.

4. Dopo aver svolto il loro compito, vescicola e neurotrasmettitore seguono due destini diversi.

Il neurotrasmettitore può:

 Diffondere attorno alla sinapsi, e venire rimosso e idrolizzato da cellule della neuroglia

 Essere ricaptato dalla membrana presinaptica (come accade nella maggior parte dei casi).

Questo processo viene chiamato re-uptake (ricaptazione)

.

 Essere idrolizzato da alcuni enzimi o neuropeptidi. Ad esempio, l’acetilcolina viene idrolizzata da un enzima, l’acetilcolinesterasi

.

La vescicola può:

 Essere riutilizzata per trasportare, in maniera retrograda, sostanze dalla fessura al nucleo.

 Essere riempite nuovamente di neurotrasmettitore. Questo meccanismo ha una duplice funzione:

 Rappresentare un meccanismo di feedback per avere informazioni circa la quantità di neurotrasmettitore che è stata liberata.

 Recuperare il neurotrasmettitore che non viene utilizzato per la trasmissione sinaptica.

2 Questo meccanismo viene bloccato da diversi farmaci antidepressivi, come il Prozac. Questi farmaci agiscono soprattutto a livello delle sinapsi che sfruttano la serotonina, un neurotrasmettitore che ha molteplici funzioni, tra cui quella di aumentare la sensazione di benessere. Impedendo il re-uptake della serotonina, permettono a questa di stimolare maggiormente il neurone postsinaptico, aumentandone l’effetto.

3L’acetilcolinesterasi viene inattivata da diverse sostanze, tra cui i gas nervini, alcuni insetticidi e soprattutto la tossina tetanica, prodotta dal Clostridium tetani. Il blocco dell’acetilcolinesterasi determina, a livello delle sinapsi neuromuscolari, un maggior eccitamento della membrana postsinaptica. In questo modo, si ha una perenne contrazione dei muscoli, caratteristica tipica dei soggetti malati di tetano.