CHAPTER 8 - SYNAPTIC TRANSMISSION AND NEUROMUSCULAR JUNCTION

inhoud

1 — synaptische transmissie

2 — neuromusculaire junctie

samenvattende video (1 uur)

1 — SYNAPTISCHE TRANSMISSIE

synaps

• = plaats waar twee zenuwcellen met elkaar communiceren via neurotransmitters;

  • inhibitoir (cns)

  • excitatoir (cns + nmj)

• presynaptisch → postsynaptisch

neurotransmitters — types (4)

• aminozuren

  • glutaminezuur → GABA

  • glycine

• monoamines

  • acetyl CoA + choline → acetylcholine (ACh)

  • tryptophan → serotonine

  • histidine → histamine

• catecholamines

  • tyrosine → L-dopa → dopamine → norepinephrine → epinephrine

• peptides

  • endorfines

neurotransmitter — plaats aanmaak (2)

• Golgi-apparaat

  • peptiden

  • “dense core” vesikels; bevatten vnl proteïnen

• lokaal

  • “clear” vesikels; bevatten oa ACh

inhibitoir post-synaptisch potentiaal

• anion-selectief (Cl^-)

• hyperpolarizeren membraan → geen AP

• vb. glycine-receptor, GABA_A - receptor, mAChR

excitatoir post-synaptisch signaal

• kation-selectief

• depolarizeren membraan → AP

• vb. nAChR

types synaps

• elektrisch

• chemisch

  • ionotroop

  • metabotroop

elektrische synaps — bouw

elektrische synaps — werking

• via gap junctions

  • 6 connexines → 1 hemiconnexon = hemikanaal

  • 2 hemiconnexonen → 1 connexon

  • meerdere connexonen → gap junction

  • opm; hemiconnexonen kunnen verschillende compositie hebben; heterotypisch

    ‎

• opent/sluit door veranderingen in [Ca²⁺]_i, pH, spanning ...

• meestal bidirectioneel = reciprocal synapse

• soms unidirectioneel = rectifying synapse (bij heterotypische connexonen)

elektrische synaps — samengevat

chemische synaps — bouw

chemische synaps — werking (vereenvoudigd)

• AP → chemisch signaal → AP

  ‎

• Ca²⁺ ; voltage gated channels

• Na⁺ ; ligand gated channels

chemische synaps — werking

chemische synaps — samengevat

chemisch vs elektrisch — samengevat

chemische synaps — types post-synaptische receptoren (2)

• ionotroop

  • = ligand-gated ionkanaal

  • rechtstreeks; snel + kort effect

• metabotroop

  • = G-protein gekoppelde receptor

  • via G-proteïnen; traag + langdurend effect

ionotroop vs metabotroop — samengevat

2 — NEUROMUSCULAIRE JUNCTIE

spiercontractie

• perifere synaps tss motorneuron en spier

• dendriet → cellichaam → axon hillock (aanmaak AP) → axonen → spier

  ‎

• ACh (acetylcholine) bindt aan nAChR (nicotinic acetylcholine receptor) → spiercontractie

neuromusculaire junctie

• = synaptische spleet; specifiek voor spieren

• motorneuron stelt neurotransmitter vrij; nl.

  • ACh = acetylcholine

    ‎

• werking via vesikels — vesikel cyclus

vesikel cyclus

1. opname neurotransmitter — vesikels worden geladen met neurotransmitters

2. opslag of afgifte — vesikels worden opgeslagen in een reservepool of klaargemaakt voor afgifte

3. docking en priming — vesikels binden aan het presynaptische membraan en worden voorbereid op fusie

4. fusie = exocytose — vesikels versmelten met het membraan en geven neurotransmitters vrij

5. SNARE-dissociatie — fusie-eiwitten worden gerecycled

6. endocytose via klassieke recycling of kiss-and-run — vesikels worden opnieuw opgenomen voor hergebruik

1. opname neurotransmitter

2. afgifte

• aanmaak;

  • acetyl CoA + choline → ACh

  • ACh gaat vesikel (die vol H⁺ zit; protonpomp) binnen via antiporters; protonengradiënt vormt energiebron

• vrijlating;

  • zenuwsignaal (AP) bereikt synaptische uiteinde → vrijlating ACh i/d synaptische spleet

• afbraak;

  • door acetylcholinesterase (AChE; enzym)

  • ACh → acetaat + choline

  • voorkomen overstimulatie

• recycling

inhibitie AChE

• ACh hoopt zich op in synaps → overmatige stimulatie

• verlengt / vergroot EPP;

  • reversibel

  • irreversibel; vb sarin nerve gas, malathion

1. opname neurotransmitter

2. afgifte

• spinal cord

  • bovenaan = dorsaal; inkomend signaal

  • onderaan = ventraal; uitgaand signaal

• boutons = presynaptische terminals = uiteinden van axonen waar neurotransmitterafgifte plaatsvindt

2. opslag

• reserve pool

• synapsin houdt de vesikels samen

  • protein kinase A + calmodulin-dependent protein kinase

SNARE-proteïnen

• zorgen voor correcte hechting synaptische vesikels aan celmembraan + vrijgeven inhoud

  ‎

• v-snare

  • vesiculair; vesikelmembraan

  • vb. synaptobrevine

• t-snare

  • target; doelmembraan

  • vb. syntaxine, SNAP-25

3. docking en priming

3. docking

• vesikel (met neurotransmitters) beweegt naar het membraan van de zenuwcel + maakt zich vast

• gebeurt met behulp van eiwitten;

  • synaptobrevine (v-snare; vesikel)

  • synaptotagmine

3. priming

• priming (stage 1); vorming snare complex

  • eiwitten op het vesikel en het membraan binden aan elkaar

    • synapotbrevine (v-snare; vesikel)

    • SNAP-25 (t-snare; membraan)

    • munc18

    ‎

• priming (stage 2); stabilisatie snare complex

  • complexine (eiwit) houdt spontane fusie met membraan tegen totdat het juiste signaal komt

4. fusie = exocytose

• Ca²⁺ bindt aan synaptotagmine (eiwit)

  • opheffing remmende werking complexine

  • fusie vesikel met het membraan

  • neurotransmitters worden vrijgezet

5. SNARE-dissociatie

• NSF (enzym) haalt energie uit ATP en bindt samen met α-SNAP (eiwit) aan het SNARE-complex

• SNARE-eiwitten (o.a. syntaxine, SNAP-25, synaptobrevine) worden uit elkaar gehaald en zijn opnieuw beschikbaar voor de volgende vesikelcyclus

6. endocytose

• classic

  • bij lage [Ca]; normale omstandigheden

  • vesikel wordt volledig opgenomen

• kiss-and-run

  • bij hoge [Ca]

  • synaptophysin

  • vesikel blijft gedeeltelijk met het membraan verbonden en komt gedeeltelijk terug in de cel; snel

vesikel cyclus — toxines (2)

• botuline toxine = BoTox

  • knipt in SNARE-complex

    • synaptobrevine + syntaxine + SNAP-25

  • → spierzwakte, verlamming

    ‎

• tetanus toxine

  • degradeert synaptobrevine (= VAMP)

  • → pijnlijke spiersamentrekkingen

vesikel cyclus proteïnen — samengevat

synaptische vesikels — membraanproteïnen

• H-ATPase

  • onderbouwt H⁺ gradiënt in vesikel

  • zie ook hfst 5

• H-ACh transporter

  • antiporter; gebruikt H⁺ gradiënt om neurotransmitter (vb. ACh) te concentreren in vesikel

• SV2

  • = synaptic vesicle protein 2

  • vertoont homologie met transporter

  • functie onzeker

synaptische vesikels — membraanproteïnen

• Synaptobrevin

  • v-SNARE

  • vormt SNARE complex (verankert vesikel aan presynaptisch membraan) met syntaxin en SNAP-25 (beide t-SNAREs)

• Synaptotagmin

  • Ca²⁺ receptor vesikel; heeft 2 Ca²⁺ bindingsplaatsen

  • zorgt voor vesikel fusie met membraan

• Synaptophysin

  • vormt kanalen in artificiële membranen,

  • vrijstelling van neurotransmitter in kiss & run

• Synapsin

  • verankering vesikel met actine cytoskelet

  • positionering vesikel boven actieve zone

  • wordt gemoduleerd door fosforylatie via zowel cAMP en calmoduline afhankelijke kinases

afgifte neurotransmitter

• doel; AP in post-synaptische receptoren

  • bij bereiken drempelwaarde; AP

  • indien niet; graded potential

NMJ, aanmaak ACh — samengevat

NMJ, afbraak ACh — samengevat

NMJ, volledig proces — samengevat

NMJ — synaptische efficiëntie

• facilitatie (paired pulse)

  • = SHORT-lived increase transmitter release

  • < brief increase frequency pre-synaptic stimuli increase # quanta (vesicles) / stimulus

• potentiatie (post-tetanic)

  • = LONG-lived increase transmitter release

  • < long high frequency stimulation increased [Ca++] presynaptic

• depressie

  • = TRANSIENT decrease transmitter release

  • < prolonged stimulation

  • temporary depletion synaptic vesicles

agonist vs antagonist

• agonist

  • binden + openen kanaal

• antagonist

  • binden + kanaal blijft gesloten

agonist vs antagonist — afbeelding

AChR

• acetylcholine receptor

• 2 subtypes

  ‎

• mAChR — muscarinic

  • metabotroop; G-protein-linked

  • anion-selectief → hyperpolarisatie → inhibitory postsynaptic potentials

    • alsook; Glycine- en GABA_A -receptor

      ‎

• nAChR — nictonic

  • ionotroop

  • kation-selectief → depolarisatie → excitatory post-synaptic potentials

    • alsook; 5-HT₃ - receptor

mAChR

• = muscarinic acetylcholine receptor

• monomeer

  • 7 transmembranaire segmenten

    ‎

• werking

  • inhibeert adenylylcyclase → cAMP-productie ↓

  • βγ-complex komt los van Gα-subunit

  • GIRK-activatie via βγ-subunits

    K⁺ stroomt naar buiten → hyperpolarisatie

  • verlaging hartslag + remt neuronale excitatie

    ‎

• agonist; vb. ACh, muscarine

nAChR

• = nicotinic acetylcholine receptor

• pentameer

  • 2α / β / γ / δ

  • enkel α-subunit bindt ACh

  • opm; 5-HT₃ Glycine en GABA_A-receptor hebben dezelfde opbouw

  ‎

• agonist; vb. ACh, nicotine, carbachol, succinylcholine

• antagonist; vb. α-Bungarotxin, curare, pancuronium

nAChR — IV-curve

• kation-selectief

• maar niet selectief voor bepaald kation, want gaat door 0

Bernard-Katz experimenten

1. stimuleren axon

2. meten membraan potentiaal (V_m)

‎‎

• ontdekkingen

  • neurotransmittervrijlating gebeurt in kleine, vaste hoeveelheden ("quanta")

  • MEPPs

  • rol van Ca bij neurotransmitterafgifte

end-plate potential (EPP)

• = excitatorisch postsynaptisch signaal (EPSP)

• = post-synaptische depolarisatie

  • normale omstandigheden → AP

  • curare (nAChR antagonist) → graded potential, want onder drempel

    ‎

• verklaring quanta;

  • kleinst mogelijke EPP is gelijk in amplitude aan MEPP

  • EPP komt steeds in hoeveelheden v. 0.4 mV voor (dus bestaat uit meerdere MEPPs)

miniature end-plate potential (MEPP)

• spontane EPP

• gebeuren zonder presynaptische stimulatie

• ± 0.4 mV

(M)EPP — samengevat

• neurotransmitter release

  • quantaal proces

  • één vesikel = één quantum

  • Cl^- - afhankelijk

    ‎

• graded potentials

  • MEPPs = spontane occasionele vesikel loslating

  • EPPs = vesikel loslating als gevolg van getriggerde ACh exocytose

• action potentials

  • indien EPP boven drempelwaarde komt