La zona activa o zona activa sináptica es un término utilizado por primera vez por Couteaux y Pecot-Dechavassinein en 1970 para definir el sitio de liberación de neurotransmisores . Dos neuronas hacen un contacto cercano a través de estructuras llamadas sinapsis que les permiten comunicarse entre sí. Como se muestra en el diagrama adyacente, una sinapsis consiste en el botón presináptico de una neurona que almacena vesículas que contienen neurotransmisores (en la parte superior de la imagen) y una segunda neurona postsináptica que lleva receptores para el neurotransmisor (en la parte inferior), junto con un brecha entre los dos llamada hendidura sináptica (con moléculas de adhesión sináptica, SAM, que mantienen las dos juntas [1]). Cuando un potencial de acción alcanza el 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 de la imagen) y activa los receptores de la membrana postsináptica.
Zona activa | |
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Detalles | |
Identificadores | |
latín | zona activa |
TH | H2.00.06.2.00012 |
Términos anatómicos de microanatomía [ editar en Wikidata ] |
La zona activa es la región en el botón presináptico que media la liberación de neurotransmisores y está compuesta por la membrana presináptica y una colección densa de proteínas llamada citomatriz en la zona activa (CAZ). El CAZ se ve bajo el microscopio electrónico como un área oscura (densa en electrones) 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 manera confiable y rápida cuando llega un potencial de acción.
Función
La función de la zona activa es garantizar que los neurotransmisores se puedan liberar de manera confiable en una ubicación específica de una neurona y solo se liberen cuando la neurona dispara un potencial de acción. [2] A medida que un potencial de acción se propaga por un axón, alcanza el terminal del axón llamado botón presináptico. En el bouton presináptico, el potencial de acción activa los canales de calcio (VDCC) que provocan un influjo local de calcio. El aumento de calcio es detectado por proteínas en la zona activa y obliga a las vesículas que contienen neurotransmisores a fusionarse con la membrana. Esta fusión de las vesículas con la membrana libera los neurotransmisores en la hendidura sináptica (espacio entre el botón presináptico y la membrana postsináptica). Los neurotransmisores luego se difunden a través de la hendidura y se unen a canales iónicos activados por ligandos y receptores acoplados a proteína G en la membrana postsináptica. La unión de neurotransmisores a los receptores postsinápticos induce un cambio en la neurona postsináptica. El proceso de liberar neurotransmisores y unirse a los receptores postsinápticos para causar un cambio en la neurona postsináptica se llama neurotransmisión.
Estructura
La zona activa está presente en todas las sinapsis químicas examinadas hasta ahora y está presente en todas las especies animales. Las zonas activas examinadas hasta ahora tienen al menos dos características en común, todas tienen material denso en proteínas que se proyecta desde la membrana y sujeta las vesículas sinápticas cerca de la membrana y tienen proyecciones filamentosas largas que se originan en la membrana y terminan en vesículas un poco más alejadas de la membrana. la membrana presináptica. Las proyecciones densas en proteínas varían en tamaño y forma según el tipo de sinapsis examinada. Un ejemplo sorprendente de la proyección densa es la sinapsis de cinta (ver más abajo) que contiene una "cinta" de material denso en proteínas que está rodeada por un halo de vesículas sinápticas y se extiende perpendicular a la membrana presináptica y puede tener una longitud de hasta 500 nm. [3] La sinapsis del glutamato contiene estructuras piramidales más pequeñas que se extienden a unos 50 nm de la membrana. [4] La sinapsis neuromuscular contiene dos filas de vesículas con una larga banda proteica entre ellas que está conectada a costillas horizontales regularmente espaciadas que se extienden perpendiculares a la banda y paralelas a la membrana. Estas nervaduras se conectan luego a las vesículas, cada una de las cuales se coloca sobre una clavija en la membrana (presumiblemente un canal de calcio). [5] Investigaciones anteriores indicaron que la zona activa de neuronas glutamatérgicas contenía una matriz muy regular de material denso en proteínas en forma de pirámide e indicó que estas pirámides estaban conectadas por filamentos. Esta estructura se asemeja a una celosía geométrica donde las vesículas se guían en los agujeros de la celosía. [4] Este atractivo modelo ha sido cuestionado por experimentos recientes. Los datos recientes muestran que la zona activa glutamatérgica contiene las proyecciones de material proteico denso, pero estas proyecciones no estaban en una matriz regular y contenían filamentos largos que se proyectaban alrededor de 80 nm en el citoplasma. [6]
Hay al menos cinco proteínas de andamio principales que están enriquecidas en la zona activa; UNC13B / Munc13, RIMS1 (molécula que interactúa con Rab3), Fagot, Piccolo / aczonina, ELKS y liprinas-α . Se cree que estas proteínas de andamio 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 los canales de calcio. La proteína ELKS se une a la proteína de adhesión celular , β-neurexina y otras proteínas dentro del complejo, como Piccolo y Bassoon. [7] La β-neurexina luego se une a la molécula de adhesión celular, la neuroligina ubicada en la membrana postsináptica. La neuroligina luego interactúa con las proteínas que se unen a los receptores postsinápticos. Las interacciones proteicas como la observada entre Piccolo / ELKS / β-neurexina / neuroligina aseguran que la maquinaria que media la fusión de vesículas esté muy cerca de los canales de calcio y que la fusión de vesículas sea adyacente a los receptores postsinápticos. Esta fusión de vesículas de proximidad y receptores postsinápticos asegura que haya poco retraso 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 a la membrana presináptica. Aunque los detalles de este mecanismo aún se están estudiando, existe consenso sobre algunos detalles del proceso. Se sabe que la fusión de vesículas sinápticas con la membrana presináptica requiere un aumento local de calcio [9] a partir 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 es que la formación del complejo SNARE es catalizada por las proteínas de la zona activa como Munc18, Munc13 y RIM. Se cree que la formación de este complejo "prepara" la vesícula para que esté lista para la fusión de la vesícula y la liberación del neurotransmisor (ver más abajo: reserva liberable). Después de que la vesícula está cebada, la complexina se une al complejo SNARE, esto se denomina "supercebado". Las vesículas que están supercebadas están dentro de la reserva fácilmente liberable (ver más abajo) y están listas para liberarse rápidamente. La llegada de un potencial de acción abre canales de calcio activados por voltaje cerca del complejo SNARE / complexina. Luego, el calcio se une para cambiar la conformación de la sinaptotagmina . Este cambio en la conformación permite que la sinaptotagmina desprenda 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, esto induce una fuerza mecánica sobre la membrana de modo que hace que la membrana vesicular y la membrana presináptica se fusionen. Esta fusión abre un poro de membrana que libera el neurotransmisor. El poro aumenta de tamaño hasta que toda la membrana de la vesícula es indistinguible de la membrana presináptica. [11] [12] [13]
Ciclo de vesículas sinápticas
El botón presináptico tiene un proceso orquestado de manera eficiente para fusionar vesículas a la membrana presináptica para liberar neurotransmisores y regenerar vesículas de neurotransmisores. Este proceso llamado ciclo de vesículas sinápticas mantiene el número de vesículas en el botón presináptico y permite que la terminal sináptica sea una unidad autónoma. El ciclo comienza con (1) una región del aparato de Golgi se pellizca para formar la vesícula sináptica y esta vesícula se transporta a la terminal sináptica. En el terminal (2), la vesícula está llena de neurotransmisor. (3) La vesícula se transporta a la zona activa y se acopla muy 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 la membrana previamente en la vesícula se difundan a la zona periactiva. (5) En la zona periactiva, las proteínas de la membrana se secuestran y se endocitosan formando una vesícula recubierta de clatrina . (6) Luego, la vesícula se llena de neurotransmisor y luego se transporta de regreso a la zona activa.
El mecanismo de endocitosis es más lento que el mecanismo de exocitosis . Esto significa que en una actividad intensa, la vesícula en la terminal puede agotarse y dejar de estar disponible para ser liberada. Para ayudar a prevenir el agotamiento de las vesículas sinápticas, el aumento de calcio durante una 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 fácil liberación y el grupo de reserva. El grupo de fácil liberación está ubicado dentro de la zona activa y conectado directamente a la membrana presináptica, mientras que el grupo de reserva está agrupado por el citoesqueleto y no está directamente conectado a la zona activa.
Piscina liberable
La piscina liberable se encuentra en la zona activa y está unida directamente a la membrana presináptica. Está estabilizado por proteínas dentro de la zona activa y unido a la membrana presináptica por proteínas SNARE . Estas vesículas están listas para liberarse mediante un único potencial de acción y se reponen mediante vesículas del grupo de reserva. La piscina liberable a veces se subdivide en la piscina fácilmente liberable y la piscina liberable.
Reserva de piscina
El grupo de reserva 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). CaMK fosforila una proteína, la sinapsina , que media en la agrupación de las vesículas de reserva y la unión al citoesqueleto. La fosforilación de la sinapsina moviliza las vesículas en el grupo de reserva y les permite migrar a la zona activa y reponer el grupo de fácil liberación. [15] [16]
Zona periactiva
La zona periactiva rodea la zona activa y es el sitio de endocitosis de la terminal presináptica. En la zona periactiva, las proteínas de andamiaje como la intersectina 1 reclutan proteínas que median la endocitosis como la dinamina , la clatrina y la endofilina. [17] En Drosophilia, el homólogo de intersectina, Dap160, se encuentra en la zona periactiva de la unión neuromuscular y Dap160 mutante agota las vesículas sinápticas durante la estimulación de alta frecuencia. [18]
Zona activa de sinapsis de cinta
La sinapsis en cinta es un tipo especial de sinapsis que se encuentra en las neuronas sensoriales , como las células fotorreceptoras , las células bipolares retinianas y las células ciliadas . Las sinapsis de cinta contienen una estructura de proteína densa 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 de cinta pueden mantener una liberación gradual de vesículas. En otras palabras, cuanto más despolarizada es una neurona, mayor es la tasa de fusión de vesículas. La zona activa de la sinapsis de la cinta se divide en dos regiones, la densidad archiforme y la cinta. La densidad archiforme es el sitio de fusión de vesículas y la cinta almacena el grupo de vesículas liberables. La estructura de la cinta se compone principalmente de la proteína RIBEYE, alrededor del 64-69% del volumen de la cinta, y está ligada a la densidad archiforme por proteínas de andamiaje como el fagot. [19]
Proteínas
Proteína | Estructura / Función |
Proteínas Estructurales | |
Piccolo | |
Fagot | |
Llantas | |
ELKS (ERC o CAST) | |
BARRIL | |
menta | |
Liprina-alfa-1 | |
Acoplamiento y cebado | |
Munc-13 | |
Munc-18 | |
SNARE | |
SNAP25 | |
VAMP2 | |
sintaxina | Se encuentra en la membrana sináptica y se une a SNAP-25 y sinaptobrevina para mediar en la fusión de vesículas. |
Proteínas citoesqueléticas | |
Actina | |
Tubulina | |
miosina Varias moléculas de miosina II generan fuerza en el músculo esquelético a través de un mecanismo de golpe de potencia alimentado por la energía liberada por la hidrólisis de ATP | |
espectrina | |
β-catenina | |
Canal de calcio | |
Canal de calcio dependiente del voltaje (VDCC) | Permite la rápida entrada de calcio durante un potencial de acción. |
Medir la liberación de neurotransmisores
La liberación de neurotransmisores se puede medir determinando la amplitud del potencial postsináptico después de desencadenar un potencial de acción en la neurona presináptica. Medir la liberación de neurotransmisores de esta manera puede ser problemático porque el efecto de la neurona postsináptica sobre la misma cantidad de neurotransmisor liberado puede cambiar con el tiempo. Otra forma es medir la fusión de vesículas con la membrana presináptica directamente usando una pipeta de parche . Se puede pensar en una membrana celular como un capacitor en el sentido de que los iones positivos y negativos se almacenan en ambos lados de la membrana. Cuanto mayor sea el área de la membrana, más iones son necesarios para mantener la membrana en un cierto potencial. En electrofisiología, esto significa que una inyección de corriente en el terminal llevará menos tiempo para cargar una membrana a un potencial dado antes de la fusión de vesículas que después de la fusión de vesículas. Se mide el curso de tiempo 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 la liberación de vesículas sinápticas directamente midiendo los incrementos en la capacitancia de la membrana del terminal presináptico. [20]
Ver también
- Facilitación de pulso emparejado
- Densidad postsináptica
Referencias
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