1

2

Agli inizi del 1900, l'istologo S.R. Cayal impiegando la tecnica di colorazione con argento (metodo di golgi)

dimostrò che i neuroni all'osservazione microscopica risultano unità distinte, malgrado l'opinione allora corrente

fosse di ritenere il tessuto nervoso una struttura reticolare continua.

Le prove risolutive della discontinuità fra neuroni e dell'esistenza di zone di interazione tra neuroni diversi, le

sinapsi, si ebbero con l'avvento della microscopia elettronica negli anni '40.

Ben prima, nel 1906, C. Sherrington, considerato il fondatore della moderna neurofisiologia, affermava:

" il neurone stesso é visibilmente un continuum da un capo all'altro, ma non si arriva a dimostrare una continuità

là dove si incontrano neurone con neurone, ossia la sinapsi. Qui si può avere un tipo diverso di trasmissione“.

La sinapsi è la regione attraverso la quale un impulso nervoso si trasmette da una cellula ad un’altra. Esistono 2 tipi

di sinapsi: le sinapsi elettriche e quelle chimiche. Nelle sinapsi elettriche due cellule eccitabili comunicano per

passaggio diretto di corrente attraverso le gap-junction. Nelle sinapsi chimiche l’arrivo di un potenziale d’azione

nella cellula pre-sinaptica provoca la liberazione di un neurotrasmettitore il quale determina la risposta elettrica

nell’elemento post-sinaptico.

3

Il trasferimento di segnali elettrici tra cellule eccitabili ha luogo in regioni

specializzate dette sinapsi, la cellula che invia il segnale è detta cellula

presinaptica, la cellula che riceve il segnale è detta cellula postsinaptica. Lo

spazio che fisicamente separa le due cellule comunicanti è lo spazio

intersinaptico o fessura sinaptica.

Nella sinapsi l’efficienza di trasferimento del segnale è garantita sia dalla

stretta vicinanza tra cellula presinaptica e cellula postsinaptica (la fessura

sinaptica varia tra 2-4 a 30-50 nm) sia dall’ampia superficie che le due cellule

utilizzano per la comunicazione.

4

Sulla base delle strategie di comunicazione le sinapsi vengono suddivise in

elettriche e chimiche.

5

Le sinapsi elettriche sono localizzate nel snc, nel tessuto muscolare liscio e

cardiaco e nei tessuti neuroendocrini.

Nelle sinapsi elettriche le cellule sono separate da una fessura sinaptica di 2-4

nm, quindi così stretta da poter essere considerato uno spazio virtuale. Infatti

si può anche affermare che tra le cellule pre- e postsinaptiche ci sia una vera e

propria continuità elettrica garantita dalla presenza di giunzioni comunicanti

(gap junction)

6

Sono delle regioni di membrana contenenti particolari canali acquosi detti

connessoni. Ad ogni connessone della cellula presinaptica corrisponde un

connessone della cellula postsinaptica.

Ogni connessone è costituito da 6 subunità proteiche denominate connessine

che si dispongono in circolo e delimitano un canale acquoso centrale. Le

connessine sono una famiglia di proteine con un PM tra 26 e 56 kDa costituite

da 4 segmenti transmembrana. Strutturalmente ogni polipeptide di connessina

attraversa la membrana plasmatica 4 volte e una alfa elica trans-membrana delimita il

canale acquoso attraverso il quale possono passare molecole di PM non superiore a

1500.

Nel tessuto miocardico sono presenti queste giunzioni che assicurano la diffusione del

calcio da una cellula ad un’altra coordinando il battito di tutte le cellule muscolari di

una determinata regione cardiaca.

7

Il processo di apertura del connessone richiede un cambio conformazionale di

tutte le 6 connessine che lo compongono che probabilmente consiste in una

rotazione di tutte le subunità rispetto all’asse maggiore del canale ed è

modulata dal pH intracellulare, dagli ioni Ca2+, da secondi messaggeri e dai

neurotrasmettitori.

Generalmente esse si chiudono in presenza di stimoli che possono

determinare danno cellulare come diminuzione del pH, aumento della

concentrazione intracellulare di Ca2+, variazioni anomale del potenziale di

membrana. Quindi si comportano come vere e proprie porte in grado di isolare

completamente le cellule danneggiate dalle cellule circostanti, preservando

l’integrità del tessuto.

8

Quando connessoni attigui sono aperti vi può essere flusso di corrente tra

cellula pre e postsinaptica. Il risultato è che quando in una cellula presinaptica

insorge un potenziale d’azione si crea una ddp tra gli elementi sinaptici e

quindi una f.e.m. che induce l’insorgenza di correnti elettrotoniche che si

propagano dalla cellula con potenziale più negativo attraverso le giunzioni

comunicanti. Il risultato è una progressiva depolarizzazione della cellula

postsinaptica che se è tale da raggiungere il valore soglia scatena un

potenziale d’azione. Quindi la trasmissione elettrica si basa sulla creazione e

trasmissione di correnti elettrotoniche che sarà tanto più efficiente quanto

minore è la resistenza elettrica. Ciò è garantito dalla stretta vicinanza tra gli

elementi sinaptici, dall’estensione della giunzione comunicante e dall’elevato

numero di connessoni.

Le sinapsi elettriche possono far passare corrente in entrambe le direzioni per

questo.

9

La trasmissione attraverso la sinapsi elettrica è molto rapida perché è il

risultato di un passaggio diretto di corrente dall’elemento presinaptico a quello

postsinaptico. Il ritardo con cui la cellula postsinaptica risponde producendo un

potenziale d’azione è di alcuni decimi di millisecondo. Per questo le sinapsi

elettriche sono localizzate in aree del snc ed in tessuti in cui le cellule devono

generare potenziali d’azione sincroni per assolvere al loro compito.

10

A livello di una sinapsi elettrica la membrana e pre e post-sinaptica sono giustapposte a formare delle giunzioni

comunicanti gap junction

La giunzione elettrica fra due neuroni consente alla corrente del circuito locale prodotta dal potenziale d'azione di

uno dei due neuroni di passare all'altro depolarizzandolo. Sono state descritte sinapsi elettriche che conducono

preferenzialmente in una direzione piuttosto che nell'altra rettificazione

Il passaggio di corrente é consentito dalle gap-junction che formano dei canali di comunicazione tra cellule.

Cellule elettricamente accoppiate possono esser disaccoppiate per chiusura dei canali del connessone a causa di

aumento concentrazione di calcio, protoni ed in risposta a depolarizzazione. Sono presenti a livello del S.N.C., in

cellule non nervose come gli epatociti, le cellule muscolari liscie dell'intestino, le cellule del miocardio sono

accoppiate mediante gap-junction

11

Nel caso delle sinapsi chimiche è presente una fessura sinaptica relativamente

ampia (20-40 nm) e sono presenti specializzazioni strutturali che consentono

di distinguere l’elemento presinaptico da quello postsinaptico. La cellula

presinaptica è caratterizzata da un apparato esocitotico e dalle vescicole

sinaptiche. La cellula postsinatica è contraddistinta, invece, dalla presenza di

molecole recettoriali per il neurotrasmettitore localizzate nella regione della

membrana plasmatica posta di fronte alla cellula presinaptica. Questa

specializzazione dell’elemento pre e postsinaptico rendono la trasmissione

mediante sinapsi chimica unidirezionale.

12

Gli eventi che si susseguono durante la trasmissione in una sinapsi chimica

possono essere riassunti in tre fasi principali:

1. esocitosi del neurotrasmettitore nella fessura sinaptica

2. attivazione della membrana postsinaptica

3. rimozione del neurotrasmettitore dalla fessura sinaptica

13

La liberazione del neurotrasmettitore nella fessura sinaptica è indotta dal potenziale d’azione

generato dalla cellula presinaptica e dalla variazione della concentrazione intracellulare di

Ca2+. Ciò è reso possibile grazie alla presenza di canali per il Ca2+ voltaggio-dipendenti sulla

membrana dell’elemento presinaptico. In particolare, aprendosi in risposta al potenziale

d’azione questi canali causano un massiccio ingresso di ioni Ca2+ nel citoplasma che da il via

all’esocitosi del neurotrasmettitore contenuto nelle vescicole sinaptiche.

L’esocitosi del neurotrasmettitore avviene solo in aree specializzate della membrana

presinaptica, dette zone attive, dove le vescicole sinaptiche sono guidate dagli elementi

citoscheletrici attraverso un processo Ca2+ dipendente.

La natura chimica dei neurotrasmettitori è diversa a seconda della sinapsi chimica considerata

(acetilcolina, glutammato, glicina, dopamina, acido -amino butirrico, adrenalina, ecc) ma in

tutti i casi il neurotrasmettitore è una molecola con basso PM, permettendo al

neurotrasmettitore di diffondere velocemente nella fessura sinaptica.

14

15

16

La giunzione neuromuscolare o placca motrice è stata la prima sinapsi dei

vertebrati ad essere studiata in dettaglio.

La trasmissione chimica si produce attraverso una fessura sinaptica, spazio di circa 20-30 nm che

separa le cellule pre e post-sinaptica.La terminazione pre-sinaptica contiene le vescicole sinaptiche di

circa 40 nm di diametro contenenti circa 10.000-50.000 molecole di trasmettitore ognuna.

17

18

19

Nelle sinapsi chimiche il neurotrasmettitore liberato dall’elemento presinaptico evoca

la risposta elettrica.

I neurotrasmettitori (acetilcolina, noradrenalina) contenuti in vescicole (50 nm di

diametro) localizzate in zone attive sotto membrana; i neuropeptidi contenuti in

vescicole + grosse in tutto il terminale assonico

Il potenziale d’azione nell’elemento pre-sinaptico provoca apertura di canali voltaggio

dipendenti del calcio

Entrata di calcio nel citosol

Esocitosi del neurotrasmettitore nel vallo sinaptico

Diffusione del neurotrasmettitore e legame a recettori della membrana post-sinaptica

Variazione della conduttanza della membrana post-sinaptica (EPSP; IPSP)

Recettori per molti neurotrasmettitori sono canali ionici

Neuropeptidi possono essere neuromodulatori

L’azione dei neurotrasmettitori si interrompe quando vengono riassunti dall’elemento

pre-sinaptico

Trasmissione unidirezionale, ritardo sinaptico

20

La membrana delle vescicole sinaptiche contiene le ATPasi di tipo V che

generano basso pH intravescicolare che viene utilizzato per concentrare nelle

vescicole il neurotrasmettitore tramite un sistema di controtrasporto. Le

vescicole sono associate al citoscheletro tramite la sinapsina. I topi knockout

privi del gene della sinapsina sono predisposti ad attacchi epilettici in quanto si

riduce il numero delle membrane che si fondono con la membrana plasmatica.

La fosforilazione della sinapsina da parte della CAM-chinasi II a sua volta

attivata dal complesso calcio-calmodulina formatosi in seguto all’entrata di

calcio, provoca la dissociazione delle vescicole sinaptiche dal citoscheletro,

aumentando il numero di vescicole che si può fondere con la membrana

plasmatica.

21

Il rilascio del neurotrasmettitore dalle vescicole sinaptiche si verifica solo in

alcune zone attive della membrana del terminale assonale. Le vescicole

sinaptiche vengono trasportate verso la zona attiva si fondono con la

membrana dell’assone solo quando le proteine delle vescicole interagiscono

con le proteine della membrana cellulare. Il processo coinvolge diverse

proteine, come la sinaptofisina, VAMP e SNAP, Rab3A. La Rab3A è

fondamentale per la localizzazione delle vescicole nella zona attiva. La VAMP

o sinaptobrevina si lega strettamente alla sintaxina e alla SNAP25. Le proteine

SNAP e NSF intervengono nella dissociazione. La tossina botulinica B

costituita da 2 polipeptidi di cui 1 è una proteasi che scinde la VAMP

impedendo il rilascio del neurotrasmettitore e quindi la paralisi. La

sinaptotagmina I che ha quattro siti di legame per il calcio sembra essere il

meccanismo calcio-sensibile che avvia l’esocitosi

22

23

Il neurotrasmettitore può essere ricaptato dal terminale assonico ma anche

alle cellule gliali. Può legarsi al recettore dell’elemento post-sinaptico,

sottoposto all’azione di enzimi o può essere riversato nel sangue come l’ADH

e svolgere la funzione ormonale.

Il numero di molecole identificate come neurotrasmettitori è superiore al

centinaio ed è in continua crescita.

•I neurotrasmettitori sono sintetizzati nel terminale presinaptico;

•Sono impacchettati in vescicole e rilasciati per esocitosi;

•Diffondono nello spazio intersinaptico e si legano a specifici recettori posti

sulla membrana postsinaptica, alterandone in modo transiente le proprietà

elettriche;

•Si legano con alta selettività ai recettori postsinaptici, attivandoli;

•La loro azione è bloccata da antagonisti recettoriali specifici;

•La loro azione termina per degradazione enzimatica e/o ricaptazione nel

terminale presinaptico o nelle cellule gliali tramite trasportatori.

24

25

Acetilcolina: idrolizzata a colina e acetato da acetilcolinesterasi presente sulla superficie della

membrana post-sinaptica; l'eserina é un agente anticolinesterasico che ritarda l'idrolisi dell'aceticolina;

Ammine biogene:

Dopamina, norepinefrina (Noradrenalina) ed epinefrina (adrenalina) hanno una via biosintetica comune a

partire dalla tirosina; serotonina ed istamina

Aminoacidi: glicina ( di tipo inibitorio), glutammato ed aspartato (eccitarori), acido gamma

amminobutirrico (GABA) con ruolo inibitorio.

Neuro peptidi:

Ormone antidiuretico e oxitocina appaiono coinvolti nei meccanismi della memoria; sostanza p, presente

nei neuroni sensitivi spinali, agisce nei meccanismi nervosi del dolore; livelli elevati di colecistochinina

nel cervello causano sazietà; l'angiotensina stimola il bere; l'ormone LH-rilasciante stimola il

comportamento sessuale

26

Gli enzimi necessari per la sintesi di questi trasmettitori vengono prodotti nel

corpo cellulare e trasportati alla terminazione nervosa mediante trasporto

assonico lento. Nella terminazione assonica, i precursori dei neurotrasmettitori

sono trasportati nel citoplasma per mezzo di trasportatori specifici. In questa

sede il neurotrasmettitore a basso PM viene sintetizzato, impacchettato in

vescicole e poi liberato per esocitosi.

Questi neurotrasmettitori vengono liberati molto velocemente, entro 1 ms

dall’arrivo del potenziale d’azione.

Generalmente le vescicole contenenti il neurotrasmettitore a basso peso

molecolare sono ancorate alla membrana presinaptica, per cui un aumento di

Ca localizzato in prossimità dei canali del Ca ne favorisce il rapido rilascio.

27

28

29

30

I neuropeptidi sono contenuti in vescicole di dimensioni maggiori (60-120 nm

di diametro). Sono sintetizzati come pre-propeptidi nel reticolo endoplasmatico

ruvido dove la sequenza segnale che indica il peptide da secernere viene

rimossa. Il propeptide risultante viene impacchettato in vescicole a livello

dell’apparato del Golgi. All’interno della vescicola avviene la completa

maturazione del neurotrasmettitore. Le vescicole vengono poi trasportate al

terminale assonico mediante trasporto assonico rapido.

A differenza dei trasmettitori a basso PM, quelli peptidici sono degradati

enzimaticamente e non sono ricaptati da trasportatori.

Le sostanze peptidiche che agiscono come neurotrasmettitori sono centinaia,

tra cui: oppiacei endogeni (endorfine, encefaline, dinorfine) che mediano

l’analgesia.