Synapsen

Cosa si intende per sinapsi?

Kontaktstelle zwischen zwei Nervenzellen (oder zwischen einer Nerven- und einer Muskelzelle), an der die präsynaptische Zelle der postsynaptischen Zelle ein Signal übermittelt

da dove deriva il termine sinapsi?

Aus Griechisch —> syn = zusammen; haptein = ergreifen, fassen, tasten

Synzytium vs. Neuronentheorie

Retikular —> Golgi —> i neuroni formano una rete continua

Neuronen —> Ramon j cayal —> i neuroni sono cellule indipendenti che comunicano

Quali sono le principali differenze tra elektrische e chemische synapse?

– Elektrische Synapse: Direkte elektrische Kopplung

• Schnell

• Passiv

• Bidirektional

– Chemische Synapse: Aktive Übertragung von Transmittern und Aktivierung von Ionenkanälen.

• Langsam

• Aktiv

• Pseudo-unidirektional

Come sono collegate le due cellule delle elektrische synapsen?

Gap Junctions, Connexone, Connexine

• Plasmamembranen der Gap junction bis auf etwa 2-5 nm angenähert (ravvicinate)

• Jedes Connexon ist aus 6 Connexinen aufgebaut

dove si trovano le gap junctions?

Gap junctions finden sich in verschiedensten Hirnregionen —> häufig zwischen Astrozyten oder zwischen Oligodendrozyten

• aber auch zwischen Neuronen zu finden: z. B. Neurone in unterer Olive und auch Subnetzwerke von hemmenden Interneuronen im Kortex

Qual’ è la funzione delle gap junctions nelle elektrische synapsen?

Signalweiterleitung, unterstützt (supporta) Synchronisierung!

Vero o falso: i canali delle gap junction sono selettivi solo per la carica

falso, anche per la grandezza delle particelle

Vero o falso: non c’è nessun Verzögerung nella trasmissione di segnale nelle elektrische synapsen.

vero

nella elektrische synapse può esserci una unidirektionale übertragung del segnale?

si

nelle elektrische synapsen possono anche passare delle molecole?

si, ma solo piccole (<1000 Da)

Come funzionano le chemische synapsen?

• In der Praesynapse befinden sich synaptische Vesikel

• Diese Vesikel beinhalten den Neurotransmitter (z.b. Glutmat oder GABA)

• Kommt ein Aktionspotential bei der Praesynapse an, i Ca-Kanäle si aprono, exozytose: verschmelzen die Vesikel und schuetten die Transmitter in den synaptischen Spalt

• Die Rezeptoren (Ionenkanaele) auf der Postsynapse erkennen die Transmitter und oeffnen sich

cosa succede quando arriva un Unterschwellige erregende Potentiale?

spontane Ausschüttung einzelner synaptische Vesikel, causa delle piccole eccitazioni (MEPP) che però non bastano a dare un AP

cosa si intende con “Transmitterfreisetzung ist gequantelt”?

Se ci sono piccole conc. di Ca e alte conc. di Mg cosa succede?

Se le concentrazioni invece sono normali?

Gequantelt = il neurotrasmettitore viene rilasciato in pacchetti piccoli, chiamati quanti, che corrispondono al contenuto di singole vescicole sinaptiche

Con niedrige extrazelluläre Ca-Konzentration e hohe Mg-Konzentration: MEPP, rilascio spontaneo di una singola vesikel di ACh

Con normali concentrazioni: AP con 200 quanti

cosa ha scoperto Otto Loewi?

Ha scoperto con due cuori di rana che c’era una sostanza che trasmetteva lo stimolo da un cuore all’altro —> era l’Ach (viene dal Vagusnervs)

-per capirlo ha trasferito la sostanza sciolta nel primo liquido dal primo cuore nel secondo cuore —> anche esso si attivava grazie a questa sostanza

Quali sono le caratteristiche che deve avere un Transmitter?

• Der Transmitter muss im präsynaptischen Neuron vorhanden sein

• Er muss durch präsynaptische elektrische Erregung Ca2+ -abhängig ausgeschüttet werden

• Spezifische Rezeptoren müssen auf der postsynaptische Zelle vorhanden sein

Quali sono i Transmitter più importanti? Sono erregende o hemmende? Dove si trovano?

• Glutamat (erregender Transmitter ZNS)

• GABA (gamma-Aminobuttersäure, hemmender Transmitter im ZNS)

• Acetycholin (neuromuskuläre Endplatte, vegetatives Nervensystem, ...)

• Glyzin (hemmender Transmitter im Rückenmark)

possono esserci sinapsi sia hemmende che erregende?

NO!! Ma alcune possono farlo però con diversi neurotransmitter

Qual’è la main difference tra erregende e hemmende synapse?

Erregende Synapsen sind (meist) asymmetrisch: densità post-sinaptica (PSD, postsynaptic density) più spessa rispetto alla membrana pre sinaptica —>dovuta alla presenza di numerose proteine recettoriali e proteine di segnalazione associate ai recettori del glutammato (AMPA, NMDA, kainato)

Hemmende Synapsen sind symmetrisch

La sinapsi: Je näher am Soma, desto … der Einfluß der Synapse

grosser

quanto grande è il synaptischer Spalt?

20-30 nm

quanto grandi sono le vesikel?

30-50 nm

quanto grandi sono le spine dendritiche?

500 nm - 1um

quali sono i neuroni che hanno poche synaptische Eingänge?

Körnerzellen in Kleinhirnrinde

—> una singola cellula granulare riceve input solo da 4-5 Mossy Fibers

—> poi amplifica il segnale, tanti output

quali sono i neuroni che hanno tante synaptische Eingänge?

Pyramidenzellen in Grosshirnrinde, Purkinjezellen in Kleinhirnrinde

ZNS-Neurone empfangen sowohl erregende als auch hemmende Signale: come avviene la compensazione di queste influenze?

neuronale Integration; zeitliche und räumliche Summation

Nettoeffekt an jeder erregenden oder hemmenden Synapse ist abhängig von:

Ort der Synapse, von Grösse und Form, von Nähe und relativer Stärke anderer erregender oder hemmender Synapsen

qual’è il “ciclo” che fanno le vescicole nella präsynapse?

Docking —> le vescicole sono geladen e con l’aiuto delle proteine SNARE si legano alla membrana

Priming —> aspettano di aprirsi e sono attaccate

AP arriva —> fa aprire i canali —> Ca2+ stimola la fusione e favorisce il rilascio di tutti i neurotransmitter

Clathrin serve con la dynamin a riciclare la membrana della vescicola

quali sono le proteine che compongono lo SNARE Komplex?

Synaptobrevin —> Protein der Vesikelmembran, contiene C2A e C2B, sono domini che reagiscono con il calcio e attivano il process

Syntaxin und SNAP-25 —> zwei Proteinen der Plasmamembran

Come si chiamano le due Clostridien-Toxine che abbiamo visto e cosa fanno?

• Tetanustoxin: eine Infektion mit Clostridium tetani führt zu einer Vergiftung mit Tetanus-Toxin, die als Starrkrampf in Erscheinung tritt (bloccano i neuroni inibitori —> causa crampi, troppa contrazione muscolare che non viene inibita)

• Botulinumtoxin: Äusserst starkes Gift, das von Clostridium botulinum (anaerobe Bakterien - wie Cl. tetani auch) gebildet wird; z.B. bei Lebensmittelvergiftungen —> causa paralisi e morte

Vesikel-Recycling: che modi ci sono?

-kiss and stay —> vescicola si fonde ma poi resta molto vicina alla sinapsi dove viene subito riempita di nuovo

-kiss and run —> riciclata con endocitosi e poi riempita di nuovo nel citoplasma con neurotrasmettitori

-endosomal recycling:

• Wiederaufnahme von Vesikeln mittels Clathrin-Mantel

• das Abschnüren (distacco) der Clathrin- ummantelten Vesikel wird durch Protein Dynamin vermittelt

• Clathrin-Mantel wird abgestossen (si stacca) und Bläschen (vescicole) werden recycled

Se la sinapsi è hemmende, nella post synapse avviene una iperpolarizzazione o una depolarizzazione? E se è erregende?

-se inibisce —> iperpolarizzazione

-se attiva —> depolarizzazione

Cos’è il Postsynaptische Potentiale (PSP)?

Membranpotentialänderungen, die durch postsynaptische Transmitterbindung ausgelöst werden (depolarisierende oder hyperpolarisierend; dies entspricht nicht unbedingt erregend – hemmend)

Che differenze ci sono tra erregende PSP e e hemmende PSP?

➢ EPSPs: entstehen durch eine kurzzeitige Leitfähigkeitserhöhung für kleine Kationen: Na+, K+, zum Teil auch Ca2+

➢ IPSPs: entstehen durch eine kurzzeitige Leitfähigkeitserhöhung für Cl- -Ionen (und auch bei langsamen IPSPs durch K+-Leitfähigkeiten, z.B. via Aktivierung von GABAB- Rezeptoren)

come funzionano i recettori AMPA?

I recettori AMPA -> si aprono in risposta al glutammato -> flusso di Na⁺ (entrata) e K⁺ (uscita) -> depolarizzazione della membrana post-sinaptica

Quando è che hai un Umkehrpotentiale für PSPs? Nei recettori AMPA quando succede? E nei GABA?

Quando non si osserva alcuna risposta post-sinaptica netta, perché i flussi degli ioni si bilanciano, non c’è flusso netto.

AMPA: Vm=0mV

GABA: Vm=-70mv

Nei recettori AMPA cosa succede se Vm è molto negativo? Se Vm è -65? Se Vm è positivo?

Vm molto negativo (es. -80 mV): → Il flusso di Na⁺ è più grande dell'uscita di K⁺, quindi si ha una grande depolarizzazione —> attivazione post-sinapsi

Vm = -65 mV (potenziale di riposo) → Si ha un normale potenziale eccitatorio post-sinaptico (EPSP)

Vm positivo → Il flusso di K⁺ in uscita diventa dominante, portando a

un'iperpolarizzazione (non si attiva nulla)

Cosa succede nei recettori GABA se Vm è positivo? E se è -65? E se è molto negativo?

Vm positivo (es. +50 mV) → Il Cl- entra nella cellula, causando una forte iperpolarizzazione

Vm = -65 mV (potenziale di riposo) → Si osserva un IPSP (potenziale post-sinaptico inibitorio), che rende la cellula meno eccitabile

Vm molto negativo (es. -100 mV) → Il Cl- inizia a uscire dalla cellula, causando una leggera depolarizzazione

Vero o falso: un IPSP può indebolire un EPSP.

Verooo

L’integrazione/somma è ciò che fa la cellula quando gli arrivano di versi potenziali, che possono essere inibitori o attivatori e li integra assieme per dare un effetto finale

per avere un AP e di conseguenza una depolarizzazione basta un solo EPSP?

No, serve una somma di tanti

Ausnahmen: bei neuromuskulärer Übertragungsstelle; bei Riesensynapse im Hirnstamm; bei Synapsen zwischen Kletterfaserendigungen und Purkinje-Zell-Dendriten im Kleinhirn —> Hier genügt einzelnes EPSP

Summierung synaptischer Potentiale: come avviene?

La summation avviene a livello spaziale e temporale

-spatial = sinapsi in punti diversi ricevono lo stesso segnale assieme

-temporal = nello stesso assone in fila uno dopo l’altro nel tempo

I neuroni usano entrambi, in generale se la somma poi arriva ad avere un potenziale abbastanza alto, si attiva l’AP

Cosa si intende per Plastizität synaptischer Verbindungen?

La plasticità sinaptica è la capacità delle sinapsi di modificare la loro

efficacia nel tempo in risposta all’attività neuronale —> fenomeno

è alla base di processi come apprendimento e memoria e può essere caratterizzato in termini fisiologici (forza, zeitverlafud, plasticità) e anatomici (numero e localizzazione di contatti)

Come funziona la Kurzzeit-Plastizität?

Bei wiederholter Reizung entweder Verstärkung (Faszilitierung, accumulo di calcio) oder Abschwächung (Depression, vesikel esaurite) der synaptischen Potentiale

—> ordine di millisecondi, dipende da cambiamenti temporanei nella quantità di neurotransmitter rilasciato

Come funziona la Langzeit-Plastizität?

- über Stunden, Tage und länger …

- hängt vom ‘timing’ der prä- und postsynaptischen Aktivierung ab

LTP, Long-Term Potentiation: aumento duraturo dell’efficacia sinaptica, spesso mediato dai recettori NMDA e dall’inserimento di nuovi recettori AMPA nella membrana postsinaptica

LTD, Long-Term Depression: riduzione persistente della trasmissione sinaptica, spesso mediata da una rimozione dei recettori AMPA

Cos’è la Spike timing-dependent Plasticity?

è una forma specifica di plasticità sinaptica a lungo termine che dipende dal tempo relativo tra il potenziale d’azione presinaptico e quello postsinaptico

-Se il neurone presinaptico scarica poco prima del neurone postsinaptico (entro ~10-20 ms), si verifica potenziamento a lungo termine (LTP) —> Questo perché l’attività presinaptica contribuisce efficacemente alla depolarizzazione postsinaptica, rafforzando la sinapsi

-Se il neurone presinaptico scarica poco dopo il neurone postsinaptico, si verifica depressione a lungo termine (LTD) —> l’attività presinaptica non ha contribuito alla depolarizzazione postsinaptica e la sinapsi viene indebolita

Descrivi come funziona LTP (Potenziamento a lungo termine) con i recettori NMDA e AMPA

1. Il glutammato (Glu) rilasciato dalla pre sinapsi si lega ai recettori NMDA e AMPA postsinaptici

2. I recettori NMDA sono normalmente bloccati da ioni Mg²⁺, ma una forte depolarizzazione li libera, permettendo l'ingresso di Ca²⁺ nella cellula postsinaptica

3. L'aumento di Ca²⁺ attiva la CaMKII (chinasi calmodulina-dipendente II), che favorisce l'inserimento di nuovi recettori AMPA nella membrana postsinaptica

4. Questo porta a un'aumentata trasmissione sinaptica, rafforzando la sinapsi

Descrivi l’LTD (Depressione a lungo termine) con i recettori NMDA e AMPA

1.il glutammato si lega ai recettori NMDA e AMPA

2. L'ingresso di Ca²⁺ attraverso i recettori NMDA è più moderato rispetto all'LTP

3. Il calcio attiva calcineurina e PP1 (protein fosfatasi 1), che favoriscono l'internalizzazione dei recettori AMPA, riducendo la risposta sinaptica

4. Questo porta a una depressione della trasmissione sinaptica, indebolendo la sinapsi

Cosa è una schaftsynapse?

sinapsi formata direttamente sui dendriti, senza le spine, è hemmende

Elementare Prozesse der chemischen synaptischen Übertragung

• Transmitter-Synthese

• Transmitter- Speicherung

• Kopplung Exzitation/Sekretion

• Transmitter-Ausschüttung

• Membran-Recycling

• Transmitter-Rezeptor-Interaktion

• postsynaptische Potentiale und Ströme

• Transmitter-Inaktivierung

a cosa serve VATPase?

per recycling delle vesikel