Istologia 45 - Sinapsi

Istologia lezione 45. In questa lezione analizzeremo le sinapsi. Le sinapsi sono le zone in cui l'impulso nervoso viene trasmesso da un neurone ad un altro. Quindi sono delle strutture fondamentali per la trasmissione dell'impulso nervoso.

Com'è fatta la sinapsi? È costituita da un neurone presinaptico, un neurone postsinaptico e lo spazio tra essi, la fessura sinaptica. L'impulso nervoso passa dalla membrana presinaptica allo spazio sinaptico o fessura sinaptica e si trasmette al neurone postsinaptico tramite la membrana postsinaptica. Tuttavia, è presente un secondo tipo di sinapsi noto come giunzione neuromuscolare, che permette la trasmissione dell'impulso nervoso da un neurone ad una cellula muscolare tramite la struttura della placca motrice.

Descriviamo i diversi tipi di sinapsi. Ci soffermeremo sulla classificazione, sulla struttura di un particolare tipo di sinapsi, ovvero la sinapsi chimica, e sul suo funzionamento. Le sinapsi possono essere classificate in base a tre criteri: in base alla direzione della propagazione dell'impulso, in base al meccanismo di azione e in base alla densità pre e postsinaptica.

In base alla direzione di propagazione dell'impulso, le sinapsi possono essere assodendritiche, assosomatiche e assoassonichiche. Le assodendritiche si formano tra l'assone del neurone presinaptico e i dendriti del neurone postsinaptico. Le assosomatiche tra neurone del presinaptico e corpo cellulare del postsinaptico e le assoassonichiche tra assone del presinaptico e assone del postsinaptico. In quest'ultimo caso, si tratta di sinapsi che si contraggono tra neuroni che servono per regolare l'azione del neurone principale. Si tratta, in questo caso, della regolazione perlopiù di motoneuroni che subiscono una fine regolazione per permettere dei movimenti più accurati.

In base al meccanismo d'azione, possiamo avere sinapsi chimiche e sinapsi elettriche. Le sinapsi chimiche sono delle particolari sinapsi che trasformano un impulso elettrico iniziale in un impulso chimico che ridiventa poi un impulso elettrico. In pratica, l'impulso elettrico che arriva alla membrana presinaptica permette la fuoriuscita di una sostanza chimica, o neurotrasmettitore, che si va a legare a dei recettori presenti sulla membrana postsinaptica. Quindi, con un meccanismo di segnalazione chimica, il meccanismo ligando-recettore permette poi la trasmissione dell'impulso sotto forma di impulso elettrico. Questo è il principio di base del funzionamento delle sinapsi chimiche.

Le sinapsi chimiche si basano quindi su alcune sostanze in grado, una volta legate a specifici recettori, di dare origine ad un impulso elettrico nel neurone postsinaptico. I neurotrasmettitori, che sono appunto queste sostanze chimiche, vengono prodotte in due modi. Possono essere o prodotti nel pirenoforo, vengono poi racchiusi in vescicole, si legano ad alcune proteine motrici e trasportate verso la membrana presinaptica tramite il flusso assonico anterogrado veloce. I neurotrasmettitori, però, possono anche essere prodotti a livello presinaptico. Precedentemente, il corpo cellulare manda alcune molecole precursori di questi neurotrasmettitori e in seguito manda verso l'elemento postsinaptico alcuni enzimi che servono per le modifiche che rendono i neurotrasmettitori utilizzabili. Quindi, quello che cambia è la sede in cui avviene la produzione e l'ultimazione di questi neurotrasmettitori, o a livello del pirenoforo o a livello dell'elemento postsinaptico. Gli enzimi che vengono mandati dal pirenoforo, dal pirenoforo agli elementi presinaptici, sono degli enzimi che viaggiano con modalità anterograda lenta.

I neurotrasmettitori possono essere di diversi tipi in base a se conducono o se inibiscono l'impulso nervoso. Ci sono i neurotrasmettitori eccitatori, come l'adrenalina e la dopamina. Questi neurotrasmettitori, una volta legati ai recettori di membrana postsinaptica, conducono l'impulso nervoso, quindi determinano una depolarizzazione di membrana per la trasmissione dell'impulso. Di solito, questi neurotrasmettitori si uniscono a recettori che sono dei canali del sodio. Invece, i neurotrasmettitori inibitori, come ad esempio GABA e la glicina, hanno l'effetto opposto. Una volta legati ai recettori della membrana postsinaptica, inducono una iperpolarizzazione che blocca la trasmissione dell'impulso nervoso. I neurotrasmettitori, in questo caso, si uniscono a dei canali del cloro o del potassio.

Ci sono, tuttavia, alcuni neurotrasmettitori che hanno effetto misto, ad esempio l'acetilcolina, cioè il loro effetto cambia a seconda dei recettori a cui si legano. L'acetilcolina, se si lega ai recettori nicotinici presenti sul muscolo cardiaco, ha come effetto la conduzione dell'impulso, quindi scatena la depolarizzazione, come abbiamo visto per i neurotrasmettitori eccitatori. Invece, se l'acetilcolina si lega ai recettori muscarinici presenti nel muscolo cardiaco, ha come effetto l'inibizione dell'impulso, una iperpolarizzazione che impedisce la trasmissione dell'impulso nervoso.

Il secondo tipo di sinapsi in base al meccanismo d'azione sono le sinapsi fisiche o elettriche. In questo caso, queste sinapsi non hanno la fessura sinaptica, ma sono a stretto contatto tra di loro e unite da gap junction. In questo caso, l'impulso passa da un neurone ad un altro tramite il passaggio di alcuni ioni che passano direttamente tramite le gap junction.

Il terzo criterio di classificazione delle sinapsi è in base alla densità pre e postsinaptica. La densità sinaptica è una sorta di rete proteica presente al di sotto della membrana sinaptica. Le sinapsi possono essere simmetriche o asimmetriche in base a se le densità coincidono oppure no. Si parla di sinapsi asimmetriche o sinapsi del tipo 1 se le densità sinaptiche non coincidono, cioè se la densità postsinaptica è maggiore di quella presinaptica. Si tratta perlopiù di neuroni eccitatori. Invece, la sinapsi di tipo 2 o sinapsi simmetrica si ha quando le densità sinaptiche coincidono.

Concentriamoci adesso sulla struttura della sinapsi chimica, analizzando la membrana presinaptica, la fessura sinaptica e la membrana postsinaptica, che sono le tre componenti fondamentali di cui si compone una sinapsi chimica. La membrana presinaptica è il punto da cui si trasmette l'impulso al neurone postsinaptico. Al di sotto della membrana è presente la densità presinaptica, che è una rete proteica, e sono presenti anche diverse vescicole di neurotrasmettitore. Queste vescicole fanno parte o del pool di riserva o del pool di riutilizzo, e sono effettivamente queste ultime che vengono poi secrete per la trasmissione dell'impulso. Di base, queste vescicole sono legate alla densità presinaptica da alcune proteine che ne assicurano l'ancoraggio. La fessura sinaptica è uno spazio di 20-50 nanometri che si trova tra i due neuroni. La membrana postsinaptica è la membrana del neurone postsinaptico che presenta sulla sua superficie i recettori per i neurotrasmettitori. All'interno, presenta diverse strutture proteiche note come scaffold, cioè impalcatura, che hanno una funzione regolatoria dell'impulso.

Passiamo a vedere come funzionano queste sinapsi. Arriva l'impulso nervoso. L'impulso nervoso determina l'apertura dei canali del calcio della membrana presinaptica. Gli ioni calcio quindi entrano all'interno della membrana. All'interno, gli ioni calcio si legano ad una proteina, la calmodulina, che, attivata, svolge delle particolari funzioni. La calmodulina va ad attivare una chinasi che ha la funzione di fosforilare la sinapsina, con risultato finale il distacco delle vescicole dalla densità presinaptica. Quindi, nel complesso, è come se la calmodulina andasse a tagliare i ponti che legano le vescicole alla membrana presinaptica. Il calcio si lega, inoltre, alle sinaptogenesi dei neurotrasmettitori. In questo modo, le vescicole di neurotrasmettitori potranno andarsi a legare alla membrana presinaptica tramite le proteine SNARE. Ci sono delle patologie in cui questo legame è impedito, come nel caso delle tossine che vengono prodotte dal Clostridium botulinum, impedendo il legame tra le vescicole e la membrana presinaptica a livello dei neuroni e delle sinapsi neuromuscolari. Si impedisce proprio il movimento, causando quella che viene definita paralisi flaccida. Le sinapsi sono state tagliate. Le sinaptogenesi alle vescicole a formare una rete. Quello che manca è soltanto immergere il neurotrasmettitore all'interno delle vescicole. Infatti, il neurotrasmettitore entra nelle vescicole solo nella fase finale. Come avviene questo trasporto? Le vescicole presentano sulla loro membrana alcune pompe per gli ioni H+. Vengono espulsi gli ioni H+. L'energia ricavata dall'espulsione viene utilizzata per far entrare tramite altre pompe il neurotrasmettitore all'interno. A questo punto, le vescicole sono pronte. A questo punto, le vescicole si legano alla membrana presinaptica e permettono al neurotrasmettitore di uscire nella fessura sinaptica.

A questo punto, la trasmissione dell'impulso alla membrana postsinaptica può avvenire in maniera lenta o veloce. Nella maniera lenta, i neurotrasmettitori si legano a dei recettori di membrana. Questi recettori innescano una serie di risposte interne che permettono ad alcuni canali ionici di membrana di far entrare gli ioni, che possono essere sodio o cloro, a seconda del neurotrasmettitore. Questo è il modo di trasmissione lento. Il modo di trasmissione rapido, invece, prevede che i recettori di membrana postsinaptica siano loro stessi dei canali ionici. Quindi, non c'è bisogno di tutto il passaggio della trasmissione di segnali, ma una volta che il neurotrasmettitore si lega a questi recettori-canali ionici, subito si ha l'entrata di ioni che permettono la trasmissione dell'impulso.

Dopo aver trasmesso l'impulso, il neurotrasmettitore deve essere eliminato dalla fessura sinaptica per evitare che continui a trasmettere l'impulso. Il riciclo dei neurotrasmettitori sfrutta diversi meccanismi. Uno di questi si basa sulla neuroglia, che ha la funzione di internalizzare il neurotrasmettitore, di idrolizzarlo e quindi eliminarlo. Un altro meccanismo, invece, si basa su alcuni enzimi che hanno la funzione di legarsi ai neurotrasmettitori e di disattivarli. Uno di questi enzimi è proprio l'acetilcolinesterasi. Questo enzima va a degradare l'acetilcolina presente nella fessura sinaptica. In questo modo, impedisce che continui la contrazione muscolare. Ci sono alcune sostanze che inibiscono l'acetilcolinesterasi, come ad esempio il gas nervino. Questo gas ha la funzione di degradare l'acetilcolinesterasi, in questo modo l'acetilcolina continua a stimolare il neurone postsinaptico e a simulare una continua contrazione muscolare.

Un terzo meccanismo è il meccanismo della ricaptazione o reuptake, che è quello più utilizzato. Prevede che il neurotrasmettitore venga ricaptato. Esistono farmaci che hanno la funzione di inibizione del reuptake della serotonina. La serotonina ha diverse funzioni. Nel complesso, questo ormone determina una sensazione di benessere. Inibendo il reuptake della serotonina, questo ormone continuerà a stimolare il neurone postsinaptico, generando una continua sensazione di benessere, e in questo modo viene attenuata la depressione.