SINAPSI

Name: Fondamenti Anatomofisiologici dell'Attività Psichica
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Author: Viviana Cesana

Introduzione storica allo studio delle sinapsi (dal 1850):
Bernard = intuì che i contatti che si verificavano fra cellule nervose e loro organi bersaglio erano caratterizzati da una peculiare specializzazione; aveva osservato che il curaro (el. attivo di un veleno) era in grado di interrompere la trasmissione dei segnali nervo-muscolo.
Sherrington = coniò il termine sinapsi, che significa “congiungere”.
Ramon Cajal = dimostrò che i singoli neuroni sono strutture indipendenti e affermò che la sinapsi comprende 3 strutture fondamentali: terminale presinaptico, sito bersaglio postsinaptico e spazio sinaptico.
Furshpan e Potter = studiando il SN del gambero, scoprirono l’esistenza di comunicazioni tra neuroni di tipo elettrico.
Reymond = intuì e propose una differente forma di trasmissione sinaptica, in grado di utilizzare specifici neurotrasmettitori chimici che permettessero il passaggio di info tra neuroni.
Elliot = dedusse che la contrazione muscolare fosse correlata alla liberazione di molecole chimiche da parte dei nervi.
Loewi = dimostrò che la stimolazione del nervo vago di un cuore di rana immerso in un liquido era in grado di liberare una sostanza chimica che ne rallentava il battito; egli chiamò tale sostanza “succo vagale”, quando in realtà era acetilcolina.
Katz e Fatt = dimostrarono che la comunicazione sinaptica era mediata da trasmettitori chimici e svilupparono l’ipotesi quantica, teoria alla base della comprensione dei meccanismi di esocitosi (liberazione del neurotrasmettitore).
Katz e Miledi = ipotizzarono che l’esocitosi fosse indotta da un aumento di ioni di Ca++ in seguito a depolarizzazione.
Eccles = riuscì a studiare, grazie ad un elettrodo in vetro, la trasmissione sinaptica all’interno del SNC dei mammiferi.
Kendel = scoprì i meccanismi molecolari alla base di apprendimento e memoria studiando il mollusco marino Aplysia, con un SN con neuroni simili a quelli umani.

Cosa sono le sinapsi?
La sinapsi è una sofisticata struttura che permette la comunicazione fra neuroni ed è composta da 3 elementi essenziali: neurone presinaptico, il cui terminale spesso si ramifica ed è detto bottone sinaptico e prende contatto con centinaia/migliaia di cellule, neurone postsinaptico e spazio sinaptico/fessura sinaptica.
Il neurone presinaptico è il punto da cui parte la trasmissione sinaptica del segnale verso l’elemento bersaglio postsinaptico (un altro neurone oppure una cellula muscolare o neuroendocrina).
Grazie alle sinapsi il segnale trasmesso con il PdA dal neurone pre-sinaptico va ad influire sul potenziale di membrana post-sinaptico (potenziale post-sinaptico, che può essere eccitatorio o inibitorio: la membrana depolarizza o iperpolarizza).

Ci sono 2 tipi di sinapsi: elettriche e chimiche. Entrambe prevedono il passaggio di informazioni tra l’elemento presinaptico e quello postsinaptico, che corrisponde a una variazione del potenziale della cellula postsinaptica (potenziale postsinaptico PPS).

Sinapsi elettriche

Struttura: le membrane dei neuroni pre e postsinaptico sono in stretto contatto grazie a una struttura intercellulare specializzata chiamata gap junction o giunzione comunicante o serrata. Questa giunzione è costituita da particolari proteine, le connessine, che fuoriescono dalle membrane pre e postsinaptica e si uniscono in gruppi di 6 a formare un connessone. I connessoni si uniscono formando dei canali (o ponti citoplasmatici) del diametro di 1 o 2 micron che permettono il passaggio di sostanze (ATP, ioni e altri metaboliti) tra il citoplasma dei neuroni presinaptici e quello dei neuroni postsinaptici, per diffusione. Sono quindi flussi di corrente ionica: l’onda di depolarizzazione del PdA passa da una cellula all’altra tramite la giunzione comunicante.

Caratteristiche: bidirezionalità della trasmissione = la corrente ionica fluisce in entrambe le direzioni (esistono anche s. elettriche unidirezionali, chiamate rettificanti), velocità di trasmissione delle info, sono solo eccitatorie = la trasmissione avviene quando un PdA nel neurone presinaptico raggiunge il terminale assonico, scatenando una piccola corrente ionica attraverso la giunzione, che raggiunge il neurone postsinaptico provocando un PPS. Poiché un solo PPS è di circa 1mV, è la sommatoria di molti di essi a scatenare un PdA nel neurone post-sinaptico e ad eccitare quest’ultimo.

Luogo: le sinapsi elettriche sono presenti dove un’alta velocità di trasmissione è vantaggiosa (tra neuroni, cellule gliali, epiteliali, epatiche, ghiandolari e nella muscolatura liscia).

Ruolo: sincronizzare l’attività elettrica tra diversi neuroni (es. nell’encefalo creano l’attività elettrica ritmica alla base della respirazione; nell’ipotalamo secretano ormoni; sono + presenti nella vita embrionale).

Sinapsi chimiche

Differenze rispetto alle s. elettriche: lo spazio sinaptico è maggiore e non sono presenti giunzioni che mettono in comunicazione diretta i neuroni pre e postsinaptico: la trasmissione di info è mediata da neurotrasmettitori chimici, che sono liberati dal neurone presinaptico all’arrivo di un PdA e si legano all’elemento postsinaptico; sono le più numerose nel SNC, sono più

lente di quelle elettriche ma molto più flessibili (effetti più variegati), per esempio possono scatenare dei meccanismi a cascata; sono unidirezionali.

Struttura: il neurone presinaptico mostra nella parte finale un rigonfiamento, il bottone presinaptico, che contiene vescicole sinaptiche, canali Ca++ V-D e mitocondri (sintesi di NT e trasporto di NT verso la terminazione e dentro le vescicole); le vescicole contengono i neurotrasmettitori in grado di provocare effetti eccitatori e/o inibitori. In alcune sinapsi sono presenti vescicole più grosse chiamate granuli secretori, contenenti trasmettitori proteici (peptidi = vescicole a nucleo denso). Alcune vescicole si trovano ancorate nella membrana presinaptica nelle zone attive e aspettano il segnale adatto per liberare il loro contenuto, mentre altre costituiscono il pool di riserva e si trovano in specifici siti di ancoraggio. La fessura sinaptica è larga circa 20-50nm ed è chiusa alle estremità da filamenti di cellule gliali. Il neurone postsinaptico ha anch’esso un rigonfiamento nella zona rivolta verso la fessura, dove si trovano i recettori proteici che contengono siti di legami per uno specifico neurotrasmettitore. Esistono circa 100 tipi di recettori, divisibili in 2 categorie principali: recettori ionotropici (canali ionici trasmettitori-dipendenti) e metabotropici (accoppiati alla proteina G)*. Ruolo: svolgono funzioni di integrazione (possono ricevere + PdA e metterli insieme); sono modulatorie e possono essere eccitatorie o inibitorie. Tipi: esistono diverse sinapsi chimiche, classificate in base a quale parte del neurone costituisce l’elemento post-sinaptico: asso-dendritica (è di tipo eccitatorio – depolarizzazione; avviene a livello delle spine dendritiche o lungo il decorso del dendrite di un altro neurone), asso-somatica (inibitoria – iperpolarizzazione), asso-assonica (inibitoria o modulatoria dei segnali in cellule già attivate).

Come avviene una sinapsi chimica?
Il neurone pre-sinaptico rilascia un messaggero chimico (NT) che attraversa la fessura sinaptica e va ad agire su proteine specializzate (recettori) della membrana post-sinaptica, modificandone la permeabilità agli ioni = un cambiamento del potenziale del neurone postsinaptico (PPS).

A livello della membrana postsinaptica la liberazione di un neurotrasmettitore può indurre 2 tipi di risposta, che dipendono dalla selettività ionica dei canali di membrana attivati:

PPSE (PPS eccitatorio) = consiste in un aumento di permeabilità di membrana per ioni Na+, tale da innalzare il potenziale di membrana in modo transitorio (sinapsi eccitatoria). Porta alla depolarizzazione (potenziale meno negativo, avvicinandolo al valore soglia per il PdA)  meccanismo ionico: aumento di Na+ e K+. Il PPSE si propaga elettronicamente e se supera la soglia scatena il PdA.
PPSI (PPS inibitorio) = consiste in un aumento di permeabilità di membrana tale da determinare un’uscita di ioni K+ o un ingresso di ioni Cl-, entrambe condizioni che riducono la possibilità che si verifichi un PdA (sinapsi inibitoria). Porta all’iperpolarizzazione (potenziale più negativo), determinata dal flusso di ioni Cl-, a sua volta provocato dai neurotrasmettitori GABA e Glicina.

Le sinapsi eccitatorie, o tipo I di Gray, portano alla liberazione di NT che determina l’apertura di un canale cationico e l’afflusso di Na+ dentro la cellula (depolarizzazione). Ogni sinapsi dà un contributo minimo al potenziale di membrana, ma l’effetto combinato di molte sinapsi può scatenare un PdA.
Le sinapsi inibitorie, o tipo II di Gray, portano alla liberazione di NT che determina l’apertura di un canale anionico e l’afflusso di Cl- dentro la cellula (iperpolarizzazione). Per avere un effetto apprezzabile, le sinapsi inibitorie sono solitamente poste vicino alla zona di innesco (asso-somatiche).