Misura al singolo contatto sinaptico del pool di rilascio immediato
ROBERTO COLONNA & NICOLE CARDON
NOTE
E NOTIZIE - Anno X – 17 novembre 2012.
Testi pubblicati sul sito
www.brainmindlife.org della Società Nazionale di Neuroscienze “Brain, Mind
& Life - Italia” (BM&L-Italia). Oltre a notizie o commenti relativi a
fatti ed eventi rilevanti per la Società, la sezione “note e notizie” presenta
settimanalmente lavori neuroscientifici selezionati fra quelli pubblicati o in
corso di pubblicazione sulle maggiori riviste e il cui argomento rientra negli
oggetti di studio dei soci componenti lo staff
dei recensori della Commissione
Scientifica della Società.
[Tipologia del testo:
RECENSIONE]
Per
distinguere fra differenti modelli di rilascio
vescicolare nelle sinapsi cerebrali,
è necessario conoscere il numero di
vescicole di neurotrasmettitore che possono essere immediatamente rilasciate
nelle singole giunzioni per effetto di uno stimolo calcico di alto grado: il
cosiddetto pool a rilascio immediato
o readily releasable pool (RRP). Federico Trigo del Laboratorio di
Fisiologia Cerebrale del Centro Nazionale (francese) della Ricerca Scientifica
(INSERM) e dell’Université Paris Descartes, e colleghi dell’Istituto Max Planck
di Gottingen e dell’Università Doshisha, hanno studiato sinapsi a singolo sito
per determinare statisticamente il numero delle vescicole che in condizioni
fisiologiche sono immesse nello spazio intersinaptico all’arrivo di un singolo
potenziale d’azione. Il
risultato è sicuramente degno di nota (Trigo
F. F., et al., Readily
releasable pool of synaptic vesicles measured at single synaptic contacts. Proceedings
of the National Academy of Science USA [Published online ahead of print
doi:10.1073/pnas.1209798109], 2012).
La provenienza degli autori dello studio è la seguente: Laboratoire de Physiologie Cérébrale, Centre National de la Recherche Scientifique and Université Paris Descartes (Francia); Graduate School of Brain Science, Doshisha University, Kizugawa-shi, Kyoto (Giappone); Max Planck Institute for Biophysical Chemistry, Gottingen (Germania).
Il lavoro è stato edito da Erwin Neher del Max Planck Institute for Biophysical Chemistry di Gottingen.
La trasmissione sinaptica può avvenire nel modo che conosciamo, cioè efficiente e adatto alle circostanze fisiologiche, grazie all’equilibrio dinamico fra l’esocitosi delle vescicole di neurotrasmettitore e l’endocitosi delle molecole rilasciate in eccesso. Fin dai primi studi sulla struttura e sulla funzione delle sinapsi periferiche, come la giunzione neuromuscolare colinergica, è stato chiaro ai ricercatori che per la modulazione delle risposte, sia in termini temporali che quantitativi, è necessaria l’esistenza di un pool di rilascio immediato oltre che di un pool stabile di vescicole che costituisca la riserva funzionale di neurotrasmettitore. Ma, per lo studio della dinamica endocitosi/esocitosi si è dovuto attendere l’introduzione di un ingegnoso metodo basato sull’uso di coloranti fluorescenti anfipatici, ossia esprimenti sia idrofilia che lipofilia e perciò in grado di distribuirsi sia nella fase acquosa interna ed esterna al terminale sinaptico, sia nella compagine fosfolipidica delle membrane (Betz e Bewick, 1992; Rizzoli et al., 2003).
Una molecola con queste caratteristiche è detta FM1-43: un colorante fluorescente che si equilibra fra fase acquosa e lipidica, ma non è in grado di attraversare le membrane. Il suo impiego ha mostrato, ad esempio nella giunzione neuromuscolare, la coesistenza di un pool di rilascio immediato (RRP) con un pool di riserva rilasciato solo dopo l’esaurimento del primo, in corso di stimolazione ad alta intensità. Un singolo impulso rilascia all’incirca lo 0,1% del totale del pool riciclabile. Il riciclo delle membrane delle vescicole fuse richiede un certo numero di secondi per il pool immediato e approssimativamente un minuto per quello di riserva, perciò si ritiene vi siano due diverse vie endocitiche.
L’esistenza dei due tipi di insiemi di vescicole è stato dimostrato anche in neuroni dell’ippocampo in coltura, ma in questo caso i dati sono decisamente diversi: i due pool non sono nettamente distinti fra loro; l’endocitosi avviene 20 secondi dopo l’esocitosi; la trasformazione dell’elemento endocitato in uno riutilizzabile per il rilascio richiede all’incirca 15 secondi; approssimativamente lo 0.5% del pool riciclabile è rilasciato ad ogni impulso: questo corrisponde ad una vescicola per bottone sinaptico. L’importanza della dinamica endocitosi/esocitosi è mostrata da un mutante di Drosophila (shibire) che, per effetto del blocco dell’endocitosi, va incontro a paralisi.
Ma, torniamo al lavoro sperimentale di Federico Trigo e colleghi: i recenti progressi nello studio delle sinapsi centrali, e cerebrali in particolare, hanno consentito di individuare profili funzionali basati su modelli di rilascio del neurotrasmettitore, definiti dal numero di vescicole che un singolo stimolo è in grado di indurre in esocitosi dal comparto a risposta immediata (RRP).
I ricercatori hanno impiegato una stimolazione intensa e diretta (calcium uncaged) di sinapsi inibitorie a sito singolo, specificamente identificate, per indagare in chiave statistica l’entità del rilascio vescicolare e delle dimensioni dell’RRP.
Il rilascio vescicolare, rilevato come risposte quantiche nel neurone post-sinaptico, mostrava un’inaspettata variazione stocastica nel numero dei quanti da stimolo a stimolo ad alte concentrazioni di Ca2+ intracellulare, con una media di 1.9 per stimolo e un massimo di 3 o 4.
In
conclusione, si può osservare che i risultati forniscono una misura diretta del pool di vescicole immediatamente rilasciabile ai singoli siti sinaptici e sono coerenti
con i modelli in cui il rilascio procede da un piccolo numero di siti di ancoraggio delle vescicole con
una occupazione media intorno a 0.7.
Gli autori della nota invitano
alla lettura delle recensioni di lavori di argomento connesso che compaiono
nelle “Note e Notizie” (utilizzare il motore interno nella pagina “CERCA” del
sito).