immagine - Cosvitec

“Esperto in processi innovativi di sintesi biomolecolare applicata a tecniche di epigenetica”
Materiale Didattico
Neurofisiopatologia
Prof. Marina Melone
immagine
1
Progetto di formazione BIAM EPI FORM
Parleremo di…
Sinapsi e funzionamento del SN
Membrane ed attività elettrica
Giunzione neuro-muscolare
Biochimica del SNC e del muscolo
Modulo MA-11
Neurofisiopatologia
prof. Marina Melone
[email protected]
2
Facts About the Brain
▪
▪
▪
▪
▪
▪
▪
▪
The average adult brain weight of a human is 1300 to
1400 g; an adult gorilla's weighs only 500 g.
The human CNS contains more than 100 billion
neurons..
neurons
Each neuron forms an average of 1000 synaptic
connections (some up to 105), resulting in 1014
neuronal connections per brain (one
(one hundred trillion
trillion!).
!).
Each synaptic vessel at the nerve terminal contains
around 5000 neurotransmitter molecules
molecules..
Over 50 distinct types of neurons are present in the
human brain; inhibitory neurons (most using GABA as
a transmitter)
transmitter) account for 25%.
The length of myelinated tracts in the brain is 150,000
to 180,000 km—
km—4× the earth's circumference
circumference..
85,000 neurons are lost from the brain per day
(~1/sec).
Glial cells are 10 to 50 times more numerous than
neurons..
neurons
3
▪
▪
▪
▪
▪
▪
The brain expresses more genes than any other
organ: >200,000 mRNA sequences.
Nerve impulses travel between 1 to 100 m/sec: an
i
impulse
l
starting
t ti
in
i an anterior
t i
horn
h
cell
ll off the
th spinal
i l
cord travels to the big toe in 0.01 second.
Proteins and organelles are shuttled down nerve
processes by
p
y axonal transport
p
at a maximal rate of
400 mm/day: a protein produced in the anterior horn
cell of the spinal cord reaches the big toe in 2 days.
Based on distinct layering patterns of the cerebral
cortex Korbian Brodmann subdivided 47
cortex,
cytoarchitectonic regions (these are now thought to be
overly simplified).
Cortical representation of sensory, motor, and higher
cognitive function follows a general pattern in the
human brain; however, cortical maps vary from person
to person and can change in size and location with use
or disuse.
Ti
Time
to
t unconsciousness
i
following
f ll
i
complete
l t cessation
ti
of blood flow to the brain: 8 to 10 seconds.
4
La trasmissione sinaptica
5
6
pre-- e post
pre
post--sinaptico
la sinapsi chimica è la
principale struttura di
connessione funzionale
f neuronii
fra
7
Le sinapsi
La sinapsi è il punto in cui un neurone incontra la
sua cellula bersaglio, che puo’ essere:
1 - un altro neurone
2 - una cellula non neuronale
Ogni sinapsi è composta da tre parti principali:
a - terminazione assonale
b - vallo sinaptico
c - la membrana postsinaptica (che e’ parte della cellula postsinaptica)
Le sinapsi possono essere:
1 – s. elettriche che
operano
attraverso
giunzioni comunicanti
2 – s. chimiche che
utilizzano
neurotrasmettitori
i i (la
(l
maggioranza nel SN)
8
la sinapsi
terminale
i l
presinaptico
vescicole
ssinaptiche
apt c e
terminale
postsinaptico
9
In relazione al punto di contatto
•
•
•
•
Sinapsi
Sinapsi
Sinapsi
Sinapsi
assoasso-somatica
assoasso-dendritica
assoasso-assonica
dendro
dendro--dendritica (pi
(più
ù rara)
10
Caratteristiche funzionali della
p elettriche
sinapsi
• Velocità di trasmissione
• Direzione del segnale e
rettificazione
• Sincronizzazione del
segnale
g
pp
• Embriogenesi
e sviluppo
11
La sinapsi chimica
12
Le sinapsi chimiche: le fasi della
trasmissione
Figura 7 cap 10
•Integrazione
•Avvio del PdA
•Conduzione
dell’impulso
•Rilascio del
trasmettitore
•Interazione
trasmettitoretrasmettitore
recettori
•Genesi di un PSP
13
Ciò che distingue la sinapsi chimica da
quella elettrica è, oltre alla morfologia ed alla
presenza di un mediatore chimico
chimico, la
capacità di modulazione (sia negativa che
positiva) cioè la presenza di meccanismi
positiva),
regolatori che rendono la sinapsi chimica
estremamente plastica.
plastica
14
Pompa di
scambio
sodio-sodio
potassio
15
Potenziale transmembrana
+ ++ + + ++
+
+
+
- - +
+ - - - +
+ asimmetria nella
- -70 mV Ladistribuzione
di ioni carichi elettricamente è all’origine
all origine di
una differenza di potenziale
fra i due lati della membrana
che
h sii trova normalmente
l
in
i
tutte le cellule
16
Sinapsi eccitatorie ed inibitorie
• La sinapsi
eccitatoria determina
un EPSP (excitatory
postsynaptic
potential) dovuto ad
ingresso di Na+:
- Depolarizzazione.
• La sinapsi
p inibitoria
determina un IPSP
(inhibitory
postsynaptic
potential) dovuto ad
aumento della gK e/o
gCl:
- Iperpolarizzazione.
17
Il neurone e la trasmissione di informazioni
18
Il flusso di
informazioni
2. rilascio di
neurotrasmettitore
alla sinapsi
1. conduzione dell’impulso
lungo l’assone e i suoi
terminali
3. eccitazione o
inibizione del
neurone postsinaptico
4. ppotenziale d’azione
19
Schema dell’ultradell’ultrastruttura della
sinapsi
mitocondrio
vescicola di
neurotrasmettitore
i
terminale
presinaptico
p
p
recettore
terminale
postsinaptico
neurotrasmettitore
rilasciato nella
fessura sinaptica
20
Sinapsi
p
• Sinapsi interneuronica
(eccitatoria e inibitoria)
• Morfologia
g caratteristica correlata con
la funzione di trasmissione dell’impulso
((non tutti i p
punti di contatto si
comportano come sinapsi)
• Conferma della
“dottrina del neurone”
21
Numerosissimi contatti sinaptici per neurone
22
Placca neuromuscolare
23
Il flusso di informazioni lungo il neurone
 Dendrite o soma
•p
potenziali p
postsinaptici
p
eccitatori e inibitori
 Cono di emergenza dell’assone
• Genesi del potenziale d’azione
 Assone
• Conduzione del potenziale d’azione
 Terminale p
presinaptico
p
• Rilascio di neurotrasmettitore
 Terminale p
postsinaptico
p
• Legame fra neurotrasmettitore
e recettore
24
Polarizzazione
funzionale del
neurone
• Dendriti:
– Conduzione
p
cellulipeta
• Assone:
– Conduzione
cellulifuga
25
Polarizzazione: eccezioni
• Neuroni unipolari
– Il soma è l’unica
l unica parte recettiva
della cellula
• Neuroni pseudounipolari
(cellule sensitive dei gangli
p
)
cerebro--spinali)
cerebro
– Il prolungamento periferico è
morfologicamente indistinguibile
dall’assone ma si comporta come
un dendrite
26
trasporto assoplasmatico
27
Flusso o trasporto
assoplasmatico o assonico
• Veloce
– bidirezionale, 400 mm al giorno
– vescicole derivate dal Golgi o dal reticolo
endoplasmico
– glicoproteine e fosfolipidi di membrana
– enzimi
• Lento
– So
Solo
o anterogrado,
a te og ado, 11-6 mm al
a giorno
go o
– Componenti solubili
– Costituenti monomerici del citoscheletro
– mitocondri
28
Trasporto veloce
• Microtubuli, neurofilamenti e
microfilamenti sono indispensabili
• Microtubuli e neurofilamenti: “binari”
• Microfilamenti:
Mi
fil
ti “t
“trazione”
i
”
T
Trasporto
t llento
t
• Indipendente dai microtubuli
• Forse onde di contrazione
dell’assolemma?
d ll’
l
?
29
Sommario sull’ultrastruttura della sinapsi
• Membrana pre
pre-- e postsinaptica
• Spazio
S
i intersinaptico
i
i
i (20
(20--30 nm))
occupato da una specie di glicocalice
• Ispessimenti pre
pre-- e postsinaptici
(ricordano i desmosomi)
• Notevoli differenze nell’ultrastruttura
dei due versanti…
30
Bulbo presinaptico
• Assenza di neurotubuli
• Numerosissimi mitocondri
• Numerosissime vescicole sinaptiche,
sinaptiche,
(20--65 nm) rivestite di membrana unitaria
(20
Lato postsinaptico
• Completamente assenti le vescicole
• Molti neurotubuli
31
Correlati funzionali dell’ispessimento delle
membrane sinaptiche secondo Gray (1969):
• Sinapsi di tipo I
– Ispessimento postsinaptico
più
pi
ù pronunciato di quello
presinaptico
p
p
– Fessura sinaptica
relativamente ampia
Dendritiche,
eccitatorie
• Sinapsi di tipo II
– Ispessimento postsinaptico
più
pi
ù sottile
– Fessura sinaptica meno
ampia
Somatiche,
S
i h
inibitorie
regola non assoluta…
32
“IT”
Effettori
SN
somatico
SNC
Muscolo
scheletrico
Efferenze
SN
autonomo
Muscolo liscio
M
Muscolo
l cardiaco
di
Ghiandole
integrazione
Recettori
altri organi
Afferenze
ambiente
esterno
33
Biochimica del sistema nervoso
34
Alam Khooh (4850 m) - Iran
settentrionale
35
• 2.4% in peso dell’organismo
– 83% nel cervello o SNC
– 17% nel SNP
Tessuto
nervoso
• “Sempre” funzionante
• Metabolismo energetico limitato ai substrati che attraversano
la barriera ematoemato-cerebrale:
– Glucosio: 103 g/giorno o 0.3 moli/g/min
• Glicolisi anaerobica ~20%
• 80% O2-dipendente
– Corpi chetonici (durante il digiuno,
digiuno ma non possono rimpiazzare
in pieno il glucosio)
• ATP: Produzione 6.8 micromoli/min/g tessuto
– Maggior utilizzo: Na+,K+ ATPasi
• Caratteristiche:
– Presenza di lipidi complessi per funzioni strutturali (non
metaboliche)
– Turnover delle proteine molto alto
36
Componenti del tessuto nervoso
• Neuroni - Unità funzionale del tessuto nervoso
– Corpo del neurone
– Dendriti - ricevono segnali elettrici e chimici da altri neuroni
– Assoni - trasmettono segnali elettrici e chimici ad altri
neuroni
• Cellule gliali
– Più abbondanti dei neuroni
Schwann oligodendrociti
microglia cellule ependimali
• Schwann,
oligodendrociti, microglia,
ependimali,
astrociti
– Astrociti
• Materia grigia: filtro di materiale (barriera ematoencefalica)
• Materia bianca: sostegno (eccessivi in sclerosi multipla)
37
Caratteristiche principali dei neuroni
• Lunghezza fino 1 m
– Trasporti veloci nucleonucleo-terminali: motori molecolari
• Trasporto
p
anterogrado:
g
kinesina
• Trasporto retrogrado: dineina
• Gran numero di interconnessioni (plasticità)
– Sinapsi elettriche - più veloci
• Apertura dei canali voltaggio dipendenti da assoni a neuroni
– Sinapsi
Si
i chimiche
hi i h - più
iù versatili
tili ((esistenza
i t
postulata
t l t nell
1904):
• Sostanze che aprono/chiudono
p
un canale ionico
• Sostanze che si legano a un recettore che rilascia un 2°
2°
messaggero che causa l’apertura/chiusura del canale ionico
• Perdita
P dit d
della
ll capacità
ità riproduttiva
i d tti
– Apoptosi = morte neuronale
38
Neuroni
39
Passiamo ora a vedere il potenziale d’azione
40
Cenni storici del potenziale d’azione
• 1902 Overton scopre che Na+ è
importante per la genesi di AP
• 1939 Cole e Curtis e Hodgkin e Huxley
scoprono che AP si manifesta con
un’inversione
’i
i
d ll
della
polarità
l ità
d ll
della
membrana e non si porta semplicemente a
0mV
• 1949
Hodgkin e Huxley scoprono che
alterazioni di [Na+]extracellll influenzano
l’ampiezza dello spike
• 1952 Hodgkin e Huxley propongono
l’ipotesi del sodio
sodio..
41
Abbiamo detto che il potenziale d’azione è un tipo di
risposta elettrica che si manifesta solo nelle cellule
cosiddette eccitabili: neuroni, fibrocellule e cellule
secretorie.
Tradizionalmente la trattazione del potenziale d
d’azione
azione
è
fatta
su
potenziali
neuronali,
anche
se
concettualmente
l
i meccanismi
i i sono simili
i ili se non
identici anche negli altri tipi cellulari.
42
Condizione necessaria e sufficiente
affinché un potenziale d’azione possa
innescarsi è che la depolarizzazione della
membrana cellulare, opportunamente
stimolata, raggiunga un livello di
potenziale
i l soglia
li (threshold)
( h h ld)
43
Le caratteristiche più salienti del potenziale d’azione
sono:
Una forma particolare (spike) che presenta
un’inversione transitoria della polarità
della
membrana (OVERSHOOT)
Propagazione senza decremento per l’intera
lunghezza della fibra
Ruolo attivo dei canali di membrana del Na+ e
del K+ dipendenti
p
dal p
potenziale
Segnale modulato in frequenza: l’intensità dello
stimolo è codificata in base al numero di spikes per
unità di tempo
44
Che cosa si intende per canali dipendenti dal potenziale?
I canali ionici non sono altro che proteine trans
trans-membrana
membrana aventi
la funzione di veicolare attraverso la membrana cellulare ioni
carichi. Questi canali possono essere grossolanamente suddivisi
in:
Canali dipendenti
p
dal p
potenziale ((come q
quelli implicati
p
nel
potenziale d’azione e molti canali Ca2+)
Canali ligando-dipendenti
g
p
: canali che sono attivati dal
legame di una molecola ad un recettore (ad esempio il
recettore-canale di tipo
p nicotinico, recettore GABAA)
Canali attivati meccanicamente: sono canali attivati da
stimoli meccanici di distensione o stiramento (ad esempio il
canale del Na+ del corpuscolo del Pacini o i canali del K+
delle cellule cigliate).
45
46
47
Il potenziale d’azione
+60
+60
48
11. Depolarizzazione
D p l izz zi n elettrotonica
l tt t ni
2. Raggiungimento della soglia e avvio del ciclo di
H d ki ***
Hodgkin***
3. Fase depolarizzante rapida ascendente e overshoot
4. Picco
5. Ripolarizzzione
***
6. Iperpolarizzazione
7. Resting potential
Il ciclo di Hodgkin è un esempio di feedback positivo nella fase ascendente dello
spike: l’aumento
l aumento della conduttanza al sodio
determina un’ulteriore depolarizzazione
che aumenta maggiormente la
conduttanza.
49
Caratteristiche generali degli equilibri
ionici
50
Na+
Na+
out
in
Na+
Na+
-
+
out
i
in
Solo gradiente chimico
Gradiente chimico e
gradiente elettrico
La grandezza che tiene conto di entrambi i gradienti è il
potenziale di equilibrio elettrochimico definito come:
51
μ = μ0 + RTlnC + zFE
Dove:
μ0= potenziale elettrochimico standard
C= concentrazione dello ione
z= valenza
lenz dello ione
F= costante di Faraday
XA
E= potenziale elettrico
E
XB
Il flusso netto dello ione è diretto dalla zona a potenziale
p
chimico maggiore alla zona a potenziale chimico minore.
Quindi vale:
Δμx = μA (x) – μB (x)
52
Quindi se:
Δμ
μ > 0 lo ione X si muove dal compartimento
p
Aaq
quello B
Δμ < 0 lo ione X si muove dal compartimento B a quello A
Δμ = 0 non c’è flusso netto dello ione X.
Da questo assunto si ricava la legge di Nernst valida per una
qualunque specie ionica in equilibrio fra ambiente extra- ed
ambiente intra-cellulare. In equilibrio vale Δμ = 0 e quindi se
μA = μB si ha:
RT ln XA / XB + zF (EA – EB) = 0
ΔE = RT / ZF Log (XB / XA)
53
Alla fine del 19esimo secolo si sapeva che il citoplasma cellulare è
ricco di ioni K+ e che il Na+ è poco concentrato e che questa
situazione è opposta nell’ambiente extracellulare. La prima
quella di considerare la membrana
assunzione fatta è stata q
permeabile al potassio, ma non al sodio e calcolare quindi il
potenziale di riposo trans-membrana come un potenziale di
Nernst per il potassio.
In realtà la membrana è permeabile al Cl- tanto quanto al
potassio e questi due ioni sono fra loro in equilibrio secondo un
equilibrio di Donnan che afferma:
[K+]out · [Cl-]out = [K+]in· [Cl-]in
Ogni volta che due ioni possono attraversare la membrana
cellulare, il prodotto delle loro concentrazioni extracellulari è
uguale al prodotto delle concentrazioni intracellulari
54
Na+/K+ ATPasi: Responsabile ubiquitario del
potenziale transmembrana
3 Na+in + 2 K+out + ATP  3 Na+out + 2 K+in
+ ADP + Pi
• Pompa elettrogenica
– Controlla il contenuto di acqua, potenziale
osmotico
ti e volume
l
d
della
ll cellula
ll l
– Genera un gradiente elettrico con interno
più negativo dell
dell’esterno
esterno ((--70 mV)
3 Na+
2 K+
- +
55
Canali ionici “gated” per il passaggio di
ioni secondo gradiente, specifici dei
tessuti eccitabili
56
• Membrana polarizzata:
– Canali chiusi
• Na+ e K+ non passano
Canali ionici
voltaggio--dipendenti
voltaggio
• Membrana depolarizzata:
– Canali aperti
• Na+ e K+ passano
seguendo il gradiente di
concentrazione
• t <1 msec
• Inattivazione del canale con
membrana depolarizzata
– Canali inattivi
• Na+ e K+ non passano
– Quando inattivi,
inattivi non
possono riaprirsi (periodo
refrattario)
57
Canali per Na+ voltage
voltage--gated
(voltaggio dipendenti)
• I canali si aprono per
<1 msec in modo
geograficamente
sequenziale
• Generano
depolarizzazione e un
potenziale di azione
• Il processo continua
lungo l’assone
• Dopo l’apertura, il
canale rimane per un
breve periodo nella
fase inattiva (periodo
refrattario)
58
Canali per K+ voltage
voltage--gated
((voltaggio
o tagg o d
dipendenti)
pe de t )
• Chiusura del canale per il
riposizionamento di un dominio di 20
aminoacidi (ball
(ball)) su NN-terminale
59
Propagazione del potenziale di azione
60
• Formata da cellule gliali (Schwann nel SNP e
g
nel SNC))
oligodendrociti
– Isolamento elettrico
– Aumenta la velocità di propagazione
• Sclerosi multipla=demielinizzazione
Mi li
Mielina
61
62
63
Time 1: Potenziale d’azione nella cellula presinaptica
Il potenziale d’azione arriva
all’assone terminale. Ciò
causa l’apertura dei canali del
p
Na+; il Na+ entra e depolarizza
la membrana dell’assone
terminale
Time 2: Ca2+ entra nella cellula
La depolarizzazione della
membrana terminale causa
l’apertura dei canali del Ca2+.
Il Ca2+ entra nella cellula
presinaptica.
64
Time 3: Fusione delle vescicole del transmettitore
L’influsso di Ca2+ risulta in
una fusione delle vescicole
del transmettitore alla
membrana presinaptica.
Time 4: Release del neurotransmettitore
Una volta fuse, le vescicole
rilasciano il
neurotransmettitore- ACh, nella
fessura sinaptica. ACh si lega ai
recettori sulla cellula
p
postsinaptica.
p
65
Time 5: Potenziale d’azione nella cellula post sinaptica
Una volta legata l’ACh, l’AChR si
apre e consente al Na+ di
raggiungere la cellula
postsinaptica. La
depolarizzazione della cellula
postsinaptica risulta in un
potenziale d’azione.
d azione.
Time 6: Riciclo del neurotransmettitore
Per prevenire l’apertura
permanente degli AChRs, l’ACh è
”frammentata” dall’AChE. I canali
recettore-mediati si chiudono e
ciò impedisce ulteriori ingressi
del Na+ nella cellula. I prodotti di
breakdown sono risintetizzati per
fare ancora ACh.
66
Sinapsi chimica e neurotrasmettitori
• Sintetizzati nel neurone
presinaptico utilizzando enzimi
specifici
• Accumulati in vescicole rilasciate
in seguito a stimolazione
• Migrano sulla superficie del
neurone postsinaptico dove
svolgono una data attività o
direttamente o tramite secondi
messaggeri specifici del neurone
postsinaptico
• Esistono meccanismi specifici del
neurone presinaptico
i
ti d
deputati
t ti alla
ll
rapida terminazione di questa
azione
67
Neurotrasmettitori
68
Castello degli Assassini, Iran
settentrionale
69
Le molecole di neurotrasmettitore stimolano per brevissimo tempo
i recettori
tt i d
dell neurone postsinaptico,
t i
ti
vengono infatti rapidamente degradate
Lo stimolo nervoso è quindi elettrochimico.
Di natura elettrica lungo
g la membrana dell’assone,
di natura chimica nel passaggio dal neurone presinaptico
al postsinaptico
Bisogna iinoltre
Bi
lt ttenere presente
t che
h
ogni neurone riceve ed invia contemporaneamente
segnali da e a numerosi altri neuroni
in un “dialogo” estremamente complesso
70
La sinapsi
“Synapses are
protoplasmic
kisses……..the final
ecstasy of an epic
love story.”
Santiago Ramon y Cajal
(1852--1934)
(1852
71
Neurotrasmettitori
• Eccitatori (causano depolarizzazione del neurone
postsinaptico, favoriscono la genesi del potenziale di
azione):
– Acetilcolina
A il li (i
(inibito
ibi d
da nicotina),
i i ) aspartato, d
dopamina,
i
istamina, norepinefrina, epinefrina, ATP, glutamato, 55idrossitriptamina
p
((serotonina))
• Inibitori (causano iperpolarizzazione del neurone
postsinaptico, inibiscono il potenziale di azione):
– 4--aminobutirrato (GABA, inibito da barbiturici
barbiturici),
), taurina,
glicina (inibito da stricnina
stricnina))
72
Vescicole
Rilascio
Formazione nel trans-Golgi
73
74
Vescicole sinaptiche
• Rilasciate
Ril
i t per esocitosi
it i
– Piccole: contengono solo il
neurotrasmettitore
– Grandi: contengono anche gli
enzimi per la sintesi del
trasmettitore
– Sinapsina: esecutore di esocitosi
– Sinaptofisina:
Si
t fi i
forma
f
il canale
l di
fuoriuscita della vescicola
– Sinaptotagmina: “docking” sulla
membrana postpost-sinaptica
– Sintaxina:
con C
Ca++
Si t i
iinterazione
t
i
– Sinaptobrevina: trasporto della vescicola
attraverso lo spazio sinaptico, inibita
dalle tossine del tetano e della pertosse
– Rab3: docking e fusione
f
• Il rilascio di neurotrasmettitori è
un evento “quantico”: ogni
impulso nervoso rilascia un
numero fisso di vescicole
75
Trasmissione neuronale
• Colinergica (acetilcolina)
– Nicotinica
• Agonista: nicotina
• Antagonista: tubocurarina
– Muscarinica
• Agonista: muscarina, pilocarpina
• Antagonista: atropina
• Adrenergica (adrenalina e noradrenalina)
–  adrenergica, bloccata da fentolamina
–  adrenergica,
adrenergica bloccata da propranololo
76
Glutammato (Glu)
Principale neurotrasmettitore eccitatorio nel SNC
• Ippocampo e sistema limbico (emozioni e memoria)
• Recettore: NMDANMDA-Glu (N(N-metil
metil--D-Aspartato)
• Aumento anormale in seguito a traumi, ictus, Corea
Huntington Parkinson etc
di Huntington,
– Tossicità per eccessivo ingresso di Ca++, apoptosi, edema,
morte
77
4-aminobutirrato (
(-aminobutirrato o GABA)
Neurotrasmettitore inibitorio,
inibitorio compete con Glu
Glu  Gln negli astrociti
Gln  Glu  GABA nei neuroni inibitori
Gl  Glu
Gln
Gl neii neuronii eccitatori
it t i
GABA basso nei soggetti epilettici (terapia
con ac. valproico che aumenta GABA)
• Agonisti:
g
•
•
•
•
– Benzodiazepine (riduce ansia e rilascia
muscoli))
– Barbiturici
78
Catecolamine o amine biogene
Dopamina, adrenalina e
noradrenalina: sistema
simpatico
79
Adrenalina e noradrenalina
• Recettori adrenergici
– Adrenalina   e , noradrenalina  
– Antagonisti
g
di : betabloccanti ((atenololo, p
per ipertensione
p
e angina)
– Antagonisti di : poco usati e aspecifici
– Agonisti:
A
i ti cocaina
i e anfetamine
f t i ((causano stimolazione
ti l i
sostenuta)
• Azione terminata da
– Captazione nel neurone presinaptico da un trasportatore
specifico
– Catabolizzazione da Monoamina Ossidasi (MAO) e
catecolamine--O-metil transferasi (COMT)
catecolamine
• Uno dei prodotti (ac. Vanilil mandelico) dosabile nelle urine
come indice della funzionalità delle surrenali)
80
Dopamina
Maggior neurotrasmettitore dei gangli
basali e movimento volontario
• 5 recettori diversi per dopamina (D1  D5)
– Ciascuno con secondi messaggeri, agonisti
e antagonisti diversi
– Parkinson (difetto in D4)
– Schizofrenia
S hi f i (dif
(difetto
tt iin D2)
• Metabolita terminale della degradazione di
dopamina: ac. Vanillilico, dosabile nelle
urine
81
Serotonina o idrossitriptamina
• Deriva da Trp
Trp, cofattore TH4
• Controllo della responsività del
sistema motorio, del sistema
vegetativo e del
comportamento
– Eccesso di serotonina:
attacchi di panico
• Azione terminata da captazione
nel neurone presinaptico da un
trasportatore specifico
– Antidepressivi (Paxil,
(Paxil
Prozac, Zoloft): antagonisti
del trasportatore
– Prodotto misurabile: ac
idrossi indolacetico
82
Altri neurotrasmettitori
• Neuropeptidi proteici o oppiodi
– Endorfine, encefaline, somatostatine, LH*, angiotensine etc
– Sintetizzate come propro-peptidi e idrolizzati
– Mediatori di risposte sensoriali e emotive (fame, sete, piacere
dolore, etc)
• Ossido nitrico (NO)
– Memoria
– Controllo delicato (tossico sia se presente a livelli bassi sia
alti)
– Non si accumula
acc m la in vescicole
escicole ma viene
iene rilasciato
continuamente
• ATP
– Recettori
R
tt i dell’adenosina
d ll’ d
i (i
(inibitori)
ibit i)
• Istamina
– Nell
Nell’ipotalamo
ipotalamo
– Media stimolazione gastrica
*Luteinizing Hormone
83
Acetilcolina
Parasimpatico
autonomo, gangli
del simpatico e
giunzioni
neuromuscolari
84
Acetilcolina
Parasimpatico autonomo, gangli del simpatico e
giunzioni neuromuscolari
• Colina + AcCoA  Acetilcolina + CoASH* (colina
acetil transferasi)
• Recettori
– Nicotinico (g
(gangli
g eg
giunzioni neuromuscolari,, canale ionico
per Na e K, veloce)
– Muscarinico (diffuso nel SNC, muscolatura liscia e ghiandole
sotto
tt controllo
t ll del
d l sistema
i t
parasimpatico,
i
ti
inibito
i ibit d
da atropina)
t i )
• Degradata da acetilcolinesterasi (AChE)
• Miastenia
Mi t i gravis:
i
– Malattia autoimmune
– Ab anti Recettore nicotinanicotina-acetilcolina
– Terapia: piridostigmina (inibitore di AChE)
coenzimaA *il gruppo -SH è libero sulla molecola
85
Myogenesis: Early development of
skeletal muscle from mesenchymal
cells to striated myofiber.
86
Muscle Physiology
Muscle
Motor Neuron
Motor Unit
Muscle Fibres
87
Review of Anatomy
• Skeletal Muscle
– 600 Skeletal
Muscles
– Voluntary
M
Movement
t
– Origin /
Insertion
– 75% H2O, 20%
Prot.
88
Types of Vertebrate Muscle Tissue
89
Normal muscle histology
(a) Low-power H&E-stained cross
section of normal skeletal muscle
showing
the organization of myofibers into
fascicles separated by epimysial
connective tissue. Overall, there is
y
size. (b) A
little variation in myofiber
high-power H&E-stained cross section
of normal skeletal muscle.
The myofiber nuclei are located
peripherally, just below the sarcolemmal
membrane. Only thin strands
of
f connective
ti ti
tissue separate
t iindividual
di id l
myofibers within each of the three
depicted fascicles. (c) A
high-power H&E-stained longitudinal
section of normal muscle shows cross
striation which is evidence
striation,
of the highly organized cytoskeletal
architecture of the myofiber. (d ) The
ATPase reaction can
distinguish fiber types. At the pH
(pH 9.4),
) type
yp I fibers are
shown here (p
light and type II fibers are dark.
The checkerboard pattern reflects the
normal fiber-type distribution.
90
Il muscolo e la
sua contrazione
91
Transmission
electron micrograph
g p
and schematic
representation of a
sarcomere the basic
sarcomere,
functional
contraction unit in
skeletal
k l t l and
d cardiac
di
muscle.
92
IL RECETTORE NICOTINICO (COLINERGICO)
DELL’ACETILCOLINA
93
Y. Matsuda et al., 1988
94
René Couteaux and Monique Pécot-Dechavassine
95
Recettore nicotinico
dell’ACh (nAChR): struttura
singola subunità del canale-recettore per l’ACh
disposizione delle subunità del canale
• costituito da 5 subunità (2a, b, g,
d) (P.M. 250 kD)
• forma un poro acquoso
• attivato da 2 molecole di ACh
• permeabile a Na+, K+, Ca2+
• bloccato da:
d-tubocurarina (alcaloide)
a-bungarotossina (proteina)
a-conotossina (proteina)
96
Un’altra immagine dell’nAChR del muscolo scheletrico
• Gli nAChR del muscolo scheletrico
sono formati da 4 subunità (a, b, g, d) secondo
un rapporto
t 2a:b:g:d.
2 b d
Sono coinvolti in molte forme di miastenia
muscolare.
• Gli nAChR
AChR dei
d i neuronii sono fformatiti d
da d
due
subunità (a, b) secondo un rapporto 3a:2b. Sono
coinvolti nella malattia di Alzheimer (agonisti
dell’nAChR ritardano l’insorgenza della
patologia).
t l i )
fotografia al microscopio elettronico
dell’nAChR
97
Le neurotossine antagoniste dell’nAChR
Sono peptidi prodotti come arma di attacco da alcuni animali esotici
Il bungaro a strisce (Bungarus
multicintus)
Il suo veleno contiene la abungarotossina che blocca l’nAChR
La conchiglia conica
(Conus geographus)
• Il veleno contiene la a-conotossina che
blocca l’nAChR
• Contiene anche altre neurotossine che
bloccano i canali del Ca2+ (w-conotossina), del
Na+ (m-conotossina) e del K+ (k-conotossina)
98
Recettore nicotinico dell’ACh (nAChR): funzione
• legame dell’ACh
dell ACh con il recettore a
livello della placca motrice apertura
del canale: entrata di Na+ e Ca2+,
uscita di K+
• potenziale di placca
• depolarizzazione postsinaptica
• successiva apertura dei canali del
Na+ e K+ V
V-dipendenti
dipendenti
• ingresso di Na+ e ulteriore
depolarizzazione
• genesi e propagazione del p.a.
•
•
•
•
l’ACh-esterasi è presente sulla membrana post-sinaptica
idrolizza l’ACh in acetato + colina
è responsabile della fase decrescente del p. di placca
inibitori dell’ACh-esterasi
dell ACh esterasi potenziano l’attività
l attività della sinapsi
attivazione del
nAChR
L’enzima ACh-esterasi
azione della ACh-esterasi
t (ms)
Stimolo presinaptico
99
Nerve terminal
G1, G 2
a
G 4 (PRiMA)
A 12 (ColQ)
GAG
(perlecan, ...)
Basal lamina
Active zone
Receptor-rich
R
t
i h
membrane
Post-Golgi
compartment
ER
Junctional fold
100
AChE inhibitor treatment reduces neurite outgrowth



Control
Dupree and Bigbee (1994) J. Neurosci. Res., 39:567-575
101
Fast muscle
Soleus
mRNA
A
AChE
ColQ
A 8 A4
A12
A 8 A4
A12
collagen-tailed
ll
t il d
AChE forms
102
Inibitori dell’ACh-esterasi
 Sono molecole che bloccano l’enzima
l enzima che degrada l’ACh
l ACh in colina + acetato.
acetato
 Aumentano i livelli di ACh a livello postsinaptico
 Il potenziale di placca decade meno velocemente ed aumenta di ampiezza,
 Si generano più facilmente p. d’azione che inducono maggior forza di
contrazione muscolare
• I gas nervini e gli insetticidi sono
inibitori covalenti dell’ACh-esterasi
(composti organofosfati)
• Gli inibitori reversibili dell’AChesterasi (piridostigmina,
neostigmina galantamina) sono
neostigmina,
utilizzati per la cura della miastenia
gravis e la malattia di Alzheimer
dopo trattamento con un
inibitore dell’AChesterasi si genera un p.
d’azione
risposta di un muscolo
affetto da miastenia gravis
(insufficiente per generare un
p.d’a.)
d’ )
103
Miastenia gravis
 patologia associata ad una ridotta densità di
nAChR causata da una reazione autoimmune
(anticorpi) contro il recettore nicotinico.
 trasmissione sinaptica gravemente
compromessa.
compromessa
 inibitori della ACh-esterasi come agenti
terapeutici. Potenziano la risposta sinaptica
prima
paziente miastenico trattato con
un inibitore della ACh-esterasi
 topo miastenico prima e dopo
trattamento con neostigmina: un
inibitore reversibile dell’AChesterasi
dopo
 la sindrome è stata indotta
iniettando una dose di nAChR di
Torpedo californica, ripetuta dopo
45 giorni
104
La trasmissione neuromuscolare implica
l’attivazione sequenziale di 5 canali ionici
•
•
•
•
•
Apertura dei canali del Ca++ voltaggio
voltaggio--dipendenti (neurone presinaptico) e
aumento del rilascio di Ach
Apertura dei canali del Na+ Ach
Ach--dipendenti (muscolo) con depolarizzazione
locale
Apertura dei canali del Na+ voltaggio
voltaggio--dipendenti con propagazione della
depolarizzazione
Apertura dei canali del Ca++ voltaggio
voltaggio--dipendenti nei tubuli T
++
Rilascio del Ca dal reticolo sarcoplasmico
105
Il muscolo
i differenti tipi di muscolo
Come si possono classificare i differenti tipi di muscolo?
controllo dell’attività muscolare da parte del SN
muscoli « volontari »
= sotto controllo del SN motorio
Muscoli scheletrici
muscoli « involontari »
= sotto controllo del SN autonomo
muscoli lisci e cardici
106
Il muscolo
i differenti tipi di muscolo
Come si possono classificare i differenti tipi di muscolo?
classificazione anatomo-istologica
muscoli scheletrici
Muscoli striati
muscolo cardiaco
Muscoli lisci
107
Il muscolo
i differenti tipi di muscolo
Come si possono classificare i differenti tipi di muscolo?
classificazione funzionale
Muscoli scheletrici
SN motore
t
muscolo cardiaco
Muscoli negli organi cavi
SN autonomo
muscoli lisci
108
la cellula muscolare
l’apparato contrattile : il muscolo striato
fibra muscolare scheletrica
fibre muscolari striate scheletriche : grandi cellule plurinucleate
Ø 0,01
0 01 a 0,1
0 1 mm
L : molto variabile
109
la cellula muscolare
l’apparato contrattile : il muscolo striato
fibra musculare scheletrica
l’organizzazione in sarcomeri
110
la cellula muscolare
l’apparato contrattile : il muscolo striato
l’organizzazione del sarcomero
111
la cellula muscolare
l’apparato contrattile : il muscolo striato
l’organizzazione del sarcomero
sarcomero
filamento spesso
I
filamento fine
H
A
disco Z
112
la cellula muscolare
l’apparato contrattile : il muscolo striato
l’organizzazione del sarcomero
taglio longitudinale
taglio trasversale
113
la cellula muscolare
l’apparato contrattile : il muscolo striato
l’organizzazione del sarcomero : la contrazione
accorciamento del sarcomero senza accorciamento dei filamenti
muscolo rilassato
muscolo contratto
contrazione : scivolamento dei filamenti fini e spessi gli uni sugli altri
114
la cellula muscolare
l’apparato contrattile : il muscolo striato
l’organizzazione del sarcomero : la contrazione
accorciamento del sarcomero senza accorciamento dei filamenti
muscolo rilassato
muscolo contratto
115
Eventi della
trasmissione
sinaptica (riepilogo)
116