Lezione05

QUADRI DI SCARICA:
FIRING REGOLARE vs. SCARICA IN BURST
Alcuni neuroni, quanto meno in determinate circostanze funzionali,
hanno la capacità di scaricare secondo quadri diversi rispetto a quelli
della classica scarica ripetitiva.
È il caso di neuroni che
manifestano la capacità
intrinseca di generare brevi
scariche di potenziali
d’azione ad alta frequenza
che si esauriscono
spontaneamente. Questi
“scoppi” dell’attività di
scarica sono tecnicamente
definiti “burst”.
I neuroni di relay talamici possono presentare due distinte modalità
di scarica ripetitiva in funzione del potenziale di background.
Due diverse modalità di scarica
Due diverse modalità di scarica (compresso)
I neuroni di relay talamici possono presentare due distinte modalità
di scarica ripetitiva in funzione del potenziale di background.
-65 mV
-85 mV
A1: Se il neurone viene mantenuto al suo potenziale di riposo, intorno ai –65 mV, e
viene applicato un gradino di corrente depolarizzante sopra soglia, esso risponde con
una normale scarica tonica codificata in frequenza, detta di “tonic firing”.
A2: Se invece il potenziale di background del neurone viene reso più negativo, fino a –
80/–85 mV, lo stesso gradino di corrente depolarizzante evoca un’attività di scarica
caratterizzata da un burst ad alta frequenza che si esaurisce spontaneamente (burst
firing).
Scarica a burst Ca2+-dipendente
L’attività a burst che si realizza nei neuroni di relais talamici è
dovuta alla genesi di un low-threshold spike Ca2+-dipendente
Isolated rythmic Ca spikes after TTX
-85 mV
Effetti sul burst evocato in presenza di un’iperpolarizzazione di background (-85
mV) (C1), dell’applicazione di TTx (C2) e di TTx + Co2+ (C3)
Basi ioniche del Low Thrtshold Spike
Esso dipende da una conduttanza al Ca2+ a bassa soglia di tipo T
Nei neuroni di relay talamici la conduttanza al Ca2+ a bassa soglia
(LVA o T-type) è espressa a livelli insolitamente alti
Vh -58mV
Vh -98mV
Vh -58mV
Vh -98mV
Vh -58mV
Vh -98mV
Vh -98mV
Relazioni I/V della corrente di
calcio TOTALE registrata
partendo da un Vh = – 98 mV
(pallini bianchi), della corrente
registrata partendo da un Vh = -58
mV (HVA, triangoli bianchi) e
della corrente LVA (pallini neri),
ottenuta per sottrazione della
corrente HVA da quella totale.
Correnti di Ca2+ registrate ai
potenziali indicati, partendo da un
potenziale di holding (Vh) di -98 o
di -58 mV.
Voltaggio-dipendenza della corrente IT:
Inass
gnorm
A: Protocollo per lo
studio dell’attivazione
VD della corrente IT.
B: Protocollo per lo
studio dell’inattivazione
allo stato stazionario
della corrente IT.
Relazione gnorm/potenziale (●) e
inattivazione allo stato
stazionario/potenziale (■) per la
corrente IT.
La sovrapposizione delle due curve nel range di potenziali compreso tra -60 e -40
mV suggerisce che in tale range di potenziali può essere attivata una corrente T di
ampiezza apprezzabile (window current).
Proprietà della IT
Specchietto riassuntivo
1. Corrente a bassa soglia di attivazione (low-voltage
activated, LVA)
2. Rapida inattivazione tempo-dipendente
3. Inattivazione voltaggio-dipendente

4. Canali reclutabili solo dopo iperpolarizzazione della
membrana
5. Può generare un low-threshold spike (LTS)
Solo i neuroni talamici e pochi altri sono in grado di generare burst
così evidenti e dipendenti dalla corrente T, perché solo in essi il
livello di espressione dei canali T è molto elevato
Eventi implicati nella genesi del LTS e di un burst nei neuroni talamici
attivazione canali Na
inattivazione canali Na
attivazione canali T
inattivazione canali T
soglia per gNa
rimozione
inattivazione
canali T
soglia per gT
stimolo depolarizzante
Questo burst è relativamente insensibile all’ampiezza della corrente
sopra soglia che lo ha innescato

l’intero burst è di per sé stesso un evento tutto-o-nulla
CONSIDERAZIONE IMPORTANTE
Solo alcune tipologie di neuroni sono in grado di generare burst
Ca2+-dipendenti, però molti neuroni possono manifestare in
diverse circostanze scariche a burst, sebbene con caratteristiche
diverse rispetto a quelle che abbiamo appena visto
La descrizione che segue vuole dare un’idea di come diversi
meccanismi non soltanto possono generare effetti simili ma, ciò
che è più importante, possono conferire alla cellula modalità di
scarica che, pur analoghe, presentano importanti elementi di
diversità e quindi diverse implicazioni funzionali.
I neuroni piramidali neocorticali si dividono in regular spiking (RS)...
…e intrinsically bursting (IB)
L’applicazione di un gradino di corrente depolarizzante sopra soglia in un
neurone neocorticale induce un precoce burst di PdA, seguito da una scarica
tonica. Il burst non viene inibito dal blocco delle correnti di Ca2+ voltaggiodipendenti con Ni2+. La scarica in burst viene invece rimpiazzata da una scarica
tonica nelle fasi iniziali della perfusione con TTx.
Nella modalità di scarica intrinsically bursting è implicata una
corrente di Na+ persistente (NaP)
Correnti di Na+ TTx-sensibili registrate in
risposta a gradini di potenziale di 500 ms da –60
a –35 mV, a partire da un potenziale di holding
di –80 mV. Le correnti sono mostrate su una
scala delle ampiezze espansa per evidenziare la
componente persistente; la corrente transitoria
(INaT) è troncata in ampiezza a –40 e –35 mV.
Curva di attivazione della INaP (cerchi
pieni e linea continua), confrontata con
quella della INaT (linea tratteggiata): si
noti il range di attivazione nettamente
più negativo della INaP.
Confronto delle proprietà funzionali della INaP con le proprietà del
burst da essa generato.
1) La INaP NON INATTIVA in depolarizzazione

già a partire dal potenziale di riposo la INaP è potenzialmente attivabile, come nelle
cellule intrinsically bursting, dove il burst è attivabile già a partire dal potenziale di
riposo.
2) Dal momento che la INaP non inattiva, essa è idonea a sostenere un evento
relativamente prolungato quale il burst. L’estinzione del burst è dovuta
all’intervento di una conduttanza al K+ la cui identità è ancora argomento di
discussione.
3) Il burst generato dalla INaP è del tipo tutto-o-nulla, come quello generato dalla
ICaT: anche in questo caso, una corrente depolarizzante, attivata in depolarizzazione,
genera un feedback positivo.
4) A differenza del burst attivato dalla ICaT, qua il burst può essere generato a partire
dal potenziale di riposo, cioè non è necessaria una iperpolarizzazione preliminare.
La INaP, avendo una bassa soglia di attivazione, seppure di piccola
ampiezza, può influenzare in misura rilevante le modalità con cui la
soglia viene raggiunta
La sua bassa soglia di attivazione le consente di far sentire il suo peso in un range
di potenziali sotto soglia in cui la Rm è ancora relativamente alta.
Infatti una corrente depolarizzante anche piccola può avere un effetto importante
sul potenziale di membrana qualora Rm sia relativamente alta:
DVm = I·Rm
Depolarizzazione di rebound con burst di PdA – Ruolo della IM
Depolarizzazione
di rebound
-64 mV
10 mV
100 ms
0.5 nA
Viene generato un burst di PdA se, partendo da un
potenziale di riposo di -64mV, si applica una forte
corrente iperpolarizzante, per poi rimuoverla. Nel
corso della iperpolarizzazione, la membrana,
comportandosi come un condensatore, si carica;
rimuovendo la corrente il condensatore si scarica,
ma ne segue un evento non atteso: il potenziale non
torna subito alla linea di base ma si genera una
depolarizzazione transitoria. Sul picco di questa
depolarizzazione transitoria possono sovrapporsi
eventi in sequenza che generano un burst ad alta
frequenza.
10 mV
50 ms
Dep. di
rebound
-64 mV
La depolarizzazione (freccia) che segue
l’iperpolarizzazione, viene generata durante la fase
di scarica del condensatore di membrana e viene
chiamata depolarizzazione di rebound o di
“rimbalzo”.
Caratteristiche della depolarizzazione di rebound IM-dipendente
A
-48 mV
10 mV
100 ms
1) La sua ampiezza aumenta all’aumentare
dell’ampiezza dell’iperpolarizzazione precedente.
Aumentando sufficientemente l’iperpolarizzazione si
porta a soglia la depolarizzazione di rebound rendendo
più o meno intensa la scarica di PdA. Quindi
potenziale di rebound e scarica di potenziale ad essa
sovrapposta sono eventi graduati.
B
-48 mV
10 mV
2) La sua ampiezza aumenta all’aumentaredalla
durata dell’iperpolarizzazione precedente
200 ms
C
-48 mV TTx
TTx + carbacolo
10 mV
200 ms
3) L’attivazione dei recettori
muscarinici tramite carbacolo, che
inibisce i canali KM, inibisce anche il
potenziale di rebound.
Merccanismo della genesi del potenziale di rebound IM-dipendente
Caratteristiche della IM:
1) corrente iperpolarizzante attivata a bassa soglia in depolarizzazione (attiva già a Vr;
2) lenta cinetica di attivazione e de-attivazione;
3) non inattivante

In iperpolarizzazione IM de-attiva lentamente  equivale ad attivare una corrente
depolarizzante a cinetica lenta
Cosa succede interrompendo l’iperpolarizzazione?
1) Preliminarmente prevale il surplus di corrente depolarizzante (che genererà il
potenziale di rebound)
2) Lentamente la depolarizzazione di rebound riattiverà la IM che tenderà (lentamente) a
ripolarizzare la membrana (feedback negativo) → fine del potenziale di rebound
Depolarizzazioni di rebound con burst di PdA – Ruolo della Ih
In condizioni di current clamp, gradini di corrente iperpolarizzante di ampiezza
crescente evocano una risposta passiva seguita da un pronunciato avvallamento
(sag). Alla cessazione della corrente di stimolo si sviluppa una transitoria
depolarizzazione di rebound di ampiezza graduata, alla quale può sovrapporsi un
burst di potenziali d’azione.
All’iniziale iperpolarizzazione
passiva, dovuta al gradino di
corrente iperpolarizzante, segue un
parziale ritorno del potenziale verso
il valore di partenza, finché un
nuovo livello stabile meno negativo
viene raggiunto dopo alcune
centinaia di ms. Questo insolito
fenomeno viene definito “sag” in
iperpolarizzazione (frecce).
L’evento generatore del sag e del potenziale di rebound è l’apertura
di canali del tipo HCN che generano la corrente “Ih”
In condizioni di voltage clamp, gradini di potenziale in senso iperpolarizzante
evocano un’ampia corrente Ih. Le frecce in A e in B evidenziano la somiglianza
fra l’andamento temporale dello sviluppo del sag in iperpolarizzazione e quello
dell’attivazione della Ih.
Proprietà della Ih
1. Attivata in iperpolarizzazione, deattivata
in depolarizzazione;
2. Corrente entrante, cationica mista (Na+ +
K+);
3. Lenta
cinetica
di
attivazione/
deattivazione;
4. Assenza di inattivazione voltaggiodipendente;
5. Modulata dal cAMP: shift dalla curva di
attivazione verso destra.
Ruolo della Ih nella genesi del potenziale di rebound e della scarica
in burst che ne consegue
Merccanismo della genesi del potenziale di rebound Ih-dipendente
Caratteristiche della Ih:
1) corrente depolarizzante attivata in iperpolarizzazione;
2) lenta cinetica di attivazione e de-attivazione;
3) non inattivante

In iperpolarizzazione Ih attiva lentamente producendo il “sag”
Cosa succede interrompendo l’iperpolarizzazione?
1) Preliminarmente prevale il surplus di corrente Ih depolarizzante (che genererà il
potenziale di rebound)
2) Lentamente la depolarizzazione di rebound de-attiverà la Ih che tenderà (lentamente)
a spegnersi e Vm tenderà a ritornare verso valori più negativi → fine del potenziale di
rebound
Scarica in burst:
meccanismi generatori diversi e implicazioni diverse
Corrente
generatrice
Evento attivatore
Tipo di burst
IT
Iperpolarizzazione –
ri-depolarizzazione
Tutto-o-nulla,
rigenerativo
INaP
Depolarizzazione dal
potenziale di riposo
Tutto-o-nulla,
rigenerativo
Ih
Iperpolarizzazione –
ri-depolarizzazione
Graduato,
autolimitante
IM
Iperpolarizzazione –
ri-depolarizzazione
Graduato,
autolimitante