Hispanopedia WikiLa zona activa o zona activa sináptica es un término utilizado por primera vez por Couteaux y Pecot-Dechavassine en 1970 para definir el sitio de liberación de neurotransmisores . Dos neuronas hacen contacto cercano a través de estructuras llamadas sinapsis , lo que les permite comunicarse entre sí. Como se muestra en el diagrama adyacente, una sinapsis consta del botón presináptico de una neurona que almacena vesículas que contienen neurotransmisor (en la parte superior de la imagen), y una segunda neurona postsináptica que posee receptores para el neurotransmisor (en la parte inferior), junto con un espacio entre ambas llamado hendidura sináptica (con moléculas de adhesión sináptica, SAM, que las mantienen unidas [ 1 ] ). Cuando un potencial de acción llega al botón presináptico, el contenido de las vesículas se libera en la hendidura sináptica y el neurotransmisor liberado viaja a través de la hendidura hasta la neurona postsináptica (la estructura inferior en la imagen) y activa los receptores en la membrana postsináptica.
La zona activa es la región del botón presináptico que media la liberación de neurotransmisores y está compuesta por la membrana presináptica y una densa colección de proteínas denominada citomatriz en la zona activa (CAZ). La CAZ se observa al microscopio electrónico como un área oscura (electrodensa) cerca de la membrana. Las proteínas dentro de la CAZ unen las vesículas sinápticas a la membrana presináptica y median la fusión de las vesículas sinápticas , lo que permite que el neurotransmisor se libere de forma fiable y rápida cuando llega un potencial de acción.
Función
La función de la zona activa es asegurar que los neurotransmisores se liberen de manera confiable en una ubicación específica de la neurona y solo cuando esta genera un potencial de acción. [ 2 ] A medida que un potencial de acción se propaga a lo largo del axón, llega al terminal axónico llamado botón presináptico. En el botón presináptico, el potencial de acción activa los canales de calcio (VDCC), lo que provoca una entrada local de calcio. Este aumento de calcio es detectado por proteínas en la zona activa, lo que fuerza a las vesículas que contienen neurotransmisores a fusionarse con la membrana. Esta fusión libera los neurotransmisores en la hendidura sináptica (espacio entre el botón presináptico y la membrana postsináptica). Los neurotransmisores se difunden a través de la hendidura y se unen a los canales iónicos regulados por ligando y a los receptores acoplados a proteínas G en la membrana postsináptica. La unión de los neurotransmisores a los receptores postsinápticos induce un cambio en la neurona postsináptica. El proceso de liberación de neurotransmisores y su unión a los receptores postsinápticos para provocar dicho cambio en la neurona postsináptica se denomina neurotransmisión.
Estructura
La zona activa está presente en todas las sinapsis químicas examinadas hasta ahora y en todas las especies animales. Las zonas activas examinadas hasta ahora tienen al menos dos características en común: todas tienen material denso de proteínas que se proyecta desde la membrana y ancla las vesículas sinápticas cerca de la membrana, y tienen largas proyecciones filamentosas que se originan en la membrana y terminan en vesículas ligeramente más alejadas de la membrana presináptica. Las proyecciones densas de proteínas varían en tamaño y forma según el tipo de sinapsis examinada. Un ejemplo llamativo de proyección densa es la sinapsis de cinta (ver más abajo) que contiene una "cinta" de material denso de proteínas que está rodeada por un halo de vesículas sinápticas y se extiende perpendicularmente a la membrana presináptica y puede tener hasta 500 nm de largo. [ 3 ] La sinapsis de glutamato contiene estructuras más pequeñas en forma de pirámide que se extienden unos 50 nm desde la membrana. [ 4 ] La sinapsis neuromuscular contiene dos filas de vesículas con una larga banda proteínica entre ellas que está conectada a nervaduras horizontales espaciadas regularmente que se extienden perpendicularmente a la banda y paralelas a la membrana. Estas nervaduras están conectadas a las vesículas, cada una de las cuales está posicionada sobre una clavija en la membrana (presumiblemente un canal de calcio). [ 5 ] Investigaciones previas indicaron que la zona activa de las neuronas glutamatérgicas contenía una disposición altamente regular de material proteínico denso en forma de pirámide e indicaron que estas pirámides estaban conectadas por filamentos. Esta estructura se asemejaba a una red geométrica donde las vesículas eran guiadas hacia los agujeros de la red. [ 4 ] Este atractivo modelo ha sido cuestionado por experimentos recientes. Datos recientes muestran que la zona activa glutamatérgica sí contiene las proyecciones de material proteínico denso, pero estas proyecciones no estaban en una disposición regular y contenían largos filamentos que se proyectaban aproximadamente 80 nm hacia el citoplasma. [ 6 ]
Hay al menos cinco proteínas de andamiaje principales que se enriquecen en la zona activa: UNC13B /Munc13, RIMS1 (molécula que interactúa con Rab3), Bassoon, Piccolo /aczonina, ELKS y liprinas-α . Se cree que estas proteínas de andamiaje son los constituyentes de las densas estructuras piramidales de la zona activa y se cree que acercan las vesículas sinápticas a la membrana presináptica y a los canales de calcio. La proteína ELKS se une a la proteína de adhesión celular , β-neurexina , y a otras proteínas dentro del complejo, como Piccolo y Bassoon. [ 7 ] La β-neurexina se une luego a la molécula de adhesión celular, neuroligina, ubicada en la membrana postsináptica. La neuroligina interactúa luego con proteínas que se unen a los receptores postsinápticos. Las interacciones proteicas como la observada entre Piccolo, ELKS, β-neurexina y neuroligina aseguran que la maquinaria que media la fusión de vesículas se encuentre muy cerca de los canales de calcio y que dicha fusión se produzca junto a los receptores postsinápticos. Esta proximidad entre la fusión de vesículas y los receptores postsinápticos garantiza que haya un retraso mínimo entre la activación de los receptores postsinápticos y la liberación de neurotransmisores.
Mecanismo de liberación de neurotransmisores
La liberación de neurotransmisores se logra mediante la fusión de vesículas de neurotransmisores con la membrana presináptica. Si bien los detalles de este mecanismo aún se están estudiando, existe consenso sobre algunos aspectos del proceso. Se sabe que la fusión de vesículas sinápticas con la membrana presináptica requiere un aumento local de calcio [ 9 ] proveniente de tan solo un único canal de calcio estrechamente asociado [ 10 ] y la formación de complejos SNARE altamente estables . Un modelo predominante de fusión de vesículas sinápticas postula que la formación del complejo SNARE es catalizada por proteínas de la zona activa, como Munc18, Munc13 y RIM. Se cree que la formación de este complejo "prepara" la vesícula para la fusión y la liberación de neurotransmisores (véase más adelante: grupo liberable). Una vez preparada la vesícula, la complexina se une al complejo SNARE; este proceso se denomina "superpreparación". Las vesículas superpreparadas se encuentran dentro del grupo fácilmente liberable (véase más adelante) y están listas para ser liberadas rápidamente. La llegada de un potencial de acción abre los canales de calcio dependientes de voltaje cerca del complejo SNARE/complexina. El calcio se une entonces para cambiar la conformación de la sinaptotagmina . Este cambio conformacional permite que la sinaptotagmina desplace la complexina, se una al complejo SNARE y se una a la membrana diana. Cuando la sinaptotagmina se une tanto al complejo SNARE como a la membrana, induce una fuerza mecánica sobre la membrana que provoca la fusión de la membrana vesicular y la membrana presináptica. Esta fusión abre un poro en la membrana que libera el neurotransmisor. El poro aumenta de tamaño hasta que toda la membrana vesicular es indistinguible de la membrana presináptica. [ 11 ] [ 12 ] [ 13 ]
ciclo de vesículas sinápticas
El botón presináptico posee un proceso eficientemente orquestado para fusionar vesículas con la membrana presináptica, liberando neurotransmisores y regenerando vesículas de neurotransmisores. Este proceso, denominado ciclo de vesículas sinápticas, mantiene el número de vesículas en el botón presináptico y permite que la terminal sináptica funcione como una unidad autónoma. El ciclo comienza con: (1) una región del aparato de Golgi se desprende para formar la vesícula sináptica, la cual es transportada a la terminal sináptica. En la terminal, (2) la vesícula se llena con neurotransmisor. (3) La vesícula es transportada a la zona activa y se acopla cerca de la membrana plasmática. (4) Durante un potencial de acción, la vesícula se fusiona con la membrana, libera el neurotransmisor y permite que las proteínas de membrana presentes en la vesícula se difundan a la zona periactiva. (5) En la zona periactiva, las proteínas de membrana son secuestradas y endocitadas , formando una vesícula recubierta de clatrina . (6) La vesícula se llena entonces de neurotransmisor y luego se transporta de vuelta a la zona activa.
El mecanismo de endocitosis es más lento que el de exocitosis . Esto significa que, durante una actividad intensa, la vesícula en la terminal puede agotarse y dejar de estar disponible para su liberación. Para ayudar a prevenir el agotamiento de las vesículas sinápticas, el aumento de calcio durante la actividad intensa puede activar la calcineurina , que desfosforila las proteínas implicadas en la endocitosis mediada por clatrina. [ 14 ]
charcos de vesículas
La sinapsis contiene al menos dos grupos de vesículas sinápticas: el grupo de liberación inmediata y el grupo de reserva. El grupo de liberación inmediata se encuentra dentro de la zona activa y está conectado directamente a la membrana presináptica, mientras que el grupo de reserva está agrupado por el citoesqueleto y no está conectado directamente a la zona activa.
Piscina liberable
El reservorio de vesículas liberables se localiza en la zona activa y se une directamente a la membrana presináptica. Se estabiliza mediante proteínas dentro de la zona activa y se une a la membrana presináptica mediante proteínas SNARE . Estas vesículas están listas para liberarse con un solo potencial de acción y se reponen con vesículas del reservorio de reserva. El reservorio de vesículas liberables se subdivide a veces en reservorio de liberación inmediata y reservorio de liberación controlada.
Piscina de reserva
El reservorio no está conectado directamente a la zona activa. El aumento de la concentración de calcio presináptico activa la proteína quinasa dependiente de calcio-calmodulina (CaMK). La CaMK fosforila una proteína, la sinapsina , que media la agrupación de las vesículas del reservorio y su unión al citoesqueleto. La fosforilación de la sinapsina moviliza las vesículas del reservorio y les permite migrar a la zona activa y reponer el reservorio de liberación inmediata. [ 15 ] [ 16 ]
Zona periactiva
La zona periactiva rodea la zona activa y es el sitio de endocitosis del terminal presináptico. En la zona periactiva, proteínas de andamiaje como la intersectina 1 reclutan proteínas que median la endocitosis, como la dinamina , la clatrina y la endofilina. [ 17 ] En Drosophila , el homólogo de la intersectina, Dap160, se localiza en la zona periactiva de la unión neuromuscular y la mutación de Dap160 reduce las vesículas sinápticas durante la estimulación de alta frecuencia. [ 18 ]
zona activa de la sinapsis en cinta
La sinapsis en cinta es un tipo especial de sinapsis que se encuentra en neuronas sensoriales como las células fotorreceptoras , las células bipolares de la retina y las células ciliadas . Las sinapsis en cinta contienen una densa estructura proteica que une una serie de vesículas perpendiculares a la membrana presináptica. En una micrografía electrónica, aparece como una estructura en forma de cinta perpendicular a la membrana. A diferencia de la sinapsis "tradicional", las sinapsis en cinta pueden mantener una liberación gradual de vesículas. En otras palabras, cuanto más despolarizada está una neurona, mayor es la tasa de fusión de vesículas. La zona activa de la sinapsis en cinta se divide en dos regiones: la densidad arquiforme y la cinta. La densidad arquiforme es el sitio de fusión de vesículas y la cinta almacena el conjunto de vesículas liberables. La estructura de la cinta está compuesta principalmente por la proteína RIBEYE, que representa entre el 64 % y el 69 % de su volumen, y está unida a la densidad arquiforme mediante proteínas de andamiaje como Bassoon. [ 19 ]
Proteínas
Medición de la liberación de neurotransmisores
La liberación de neurotransmisores se puede medir determinando la amplitud del potencial postsináptico tras desencadenar un potencial de acción en la neurona presináptica. Medir la liberación de neurotransmisores de esta manera puede ser problemático, ya que el efecto de la neurona postsináptica sobre la misma cantidad de neurotransmisor liberado puede variar con el tiempo. Otra forma es medir la fusión de vesículas con la membrana presináptica directamente mediante una micropipeta de parche . La membrana celular puede considerarse como un condensador , ya que los iones positivos y negativos se almacenan a ambos lados de la membrana. Cuanto mayor sea el área de la membrana, mayor será la cantidad de iones necesarios para mantenerla a un potencial determinado. En electrofisiología, esto significa que una inyección de corriente en la terminal tardará menos tiempo en cargar la membrana a un potencial dado antes de la fusión de vesículas que después de la fusión. Se mide el tiempo necesario para cargar la membrana a un potencial y la resistencia de la membrana, y con estos valores se puede calcular la capacitancia de la membrana mediante la ecuación Tau/Resistencia=Capacitancia. Con esta técnica, los investigadores pueden medir directamente la liberación de vesículas sinápticas midiendo los aumentos en la capacitancia de la membrana del terminal presináptico. [ 20 ]
Véase también
Referencias
- ↑ Missler M , Südhof TC, Biederer T (2012). "Adhesión celular sináptica" . Cold Spring Harb Perspect Biol . 4 (4) a005694. doi : 10.1101/cshperspect.a005694 . PMC 3312681. PMID 22278667 .
- ↑ Craig C. Garner y Kang Shen. Estructura y función de las zonas activas de vertebrados e invertebrados. Estructura y organización funcional de la sinapsis. Editores: Johannes Hell y Michael Ehlers. Springer, 2008.
- ↑ Zhai R. Grace; Bellen Hugo J. (2004). "La arquitectura de la zona activa en la terminal nerviosa presináptica". Fisiología . 19 ( 5): 262– 270. doi : 10.1152/physiol.00014.2004 . PMID 15381754. S2CID 9609266 .
- 1 2 Phillips GR; et al. (2001). "La red de partículas presinápticas: ultraestructura, composición, disolución y reconstitución" . Neuron . 32 ( 1): 63– 77. doi : 10.1016/s0896-6273(01)00450-0 . PMID 11604139. S2CID 5996555 .
- ↑ Mark L.; et al. "Harlow et al. La arquitectura del material de la zona activa en la unión neuromuscular de la rana". Nature . 409 : 2001.
- ↑ Siksou; et al. (2007). "Arquitectura tridimensional de la citomatriz terminal presináptica" . The Journal of Neuroscience . 27 (26): 6868– 6877. doi : 10.1523/jneurosci.1773-07.2007 . PMC 6672225. PMID 17596435 .
- ↑ Ziv, Garner (2004). "Mecanismos celulares y moleculares del ensamblaje presináptico". Nature Reviews Neuroscience . 5 (5): 385– 399. doi : 10.1038/nrn1370 . PMID 15100721. S2CID 21516580 .
- ↑ Georgiev, Danko D.; James F. Glazebrook (2007). "Procesamiento subneuronal de información mediante ondas solitarias y procesos estocásticos" . En Lyshevski, Sergey Edward (ed.). Manual de nanoelectrónica y electrónica molecular . Serie de nanoingeniería y microingeniería. CRC Press. pp. 17-1 – 17-41 . doi : 10.1201/9781315221670-17 . ISBN 978-0-8493-8528-5. S2CID 199021983 .
- ↑ Heidelberger; et al. (1994). "Dependencia del calcio de la tasa de exocitosis en una terminal sináptica". Nature . 371 (6497): 513– 515. Bibcode : 1994Natur.371..513H . doi : 10.1038/371513a0 . PMID 7935764 . S2CID 4316464 .
- ↑ Stanley EF (1993). "Canales de calcio individuales y liberación de acetilcolina en una terminal nerviosa presináptica". Neuron . 11 (6): 1007– 1011. doi : 10.1016/0896-6273(93)90214-c . PMID 8274272. S2CID 7311805 .
- ↑ Atasoy y Kavalali. Mecanismo de liberación de neurotransmisores: componentes del complejo SNARE neuronal y su función. Organización estructural y funcional de la sinapsis. Hell y Ehlers (eds.) 2008.
- ↑ Pang Z.; Sudhof T. (2010). "Biología celular de la exocitosis desencadenada por Ca2+" . Current Opinion in Cell Biology . 22 (4): 496– 505. doi : 10.1016/j.ceb.2010.05.001 . PMC 2963628. PMID 20561775 .
- ↑ Carr C.; Munson M. (2007). " Acción en equipo en la sinapsis" . EMBO Reports . 8 (9): 834– 838. doi : 10.1038/sj.embor.7401051 . PMC 1973957. PMID 17767192 .
- ↑ Jung Nadja; Haucke Volker (2007). "Endocitosis mediada por clatrina en las sinapsis" . Traffic . 8 ( 9): 1129– 1136. doi : 10.1111/j.1600-0854.2007.00595.x . PMID 17547698. S2CID 11320827 .
- ↑ Ping Chi; Paul Greengard; Timothy A Ryan (10 de abril de 2003). "La movilización de vesículas sinápticas está regulada por distintas vías de fosforilación de sinapsina I a diferentes frecuencias" . Neuron . 38 ( 1): 69–78 . doi : 10.1016/S0896-6273(03)00151-X . PMID 12691665. S2CID 17405359 .
- ↑ Cesca et al. (2010) Las sinapsinas: actores clave de la función y plasticidad sináptica. Progress in Neurobiology. Vol. 91. 313-348.
- ↑ Dergai; et al. (2010). "La intersectina 1 forma complejos con SGIP1 y Reps1 en fosas recubiertas de clatrina". Biochemical and Biophysical Research Communications . 402 (2): 408– 413. doi : 10.1016/j.bbrc.2010.10.045 . PMID 20946875 .
- ↑ Marie; et al. (2004). "Dap160/Intersectin Scaffolds the Periactive Zone to Achieve High-Fidelity Endocytosis and Normal Synaptic Growth" . Neuron . 43 ( 2): 207– 219. doi : 10.1016/j.neuron.2004.07.001 . PMID 15260957. S2CID 16296285 .
- ↑ George Zanazzi y Gary Matthews. La arquitectura molecular de las terminales presinápticas en cinta. Mol Neurobiol (2009) 39:130-148
- ↑ Gersdorff H. y Matthews G. (1994) Dinámica de la fusión de vesículas sinápticas y recuperación de membrana en terminales sinápticas. Nature. Vol. 367. 735-739
- Neurofisiología
- neurociencia celular
- transducción de señales
- Neurociencia molecular