LA PLASTICITÀ SINAPTICA

1. LA PLASTICITÀ SINAPTICA

2. Potenziamento sinaptico attività-dipendente: diverse forme • Facilitazione (decine di ms); aumentazione (< 1 s) • Potenziamento post-tetanico (post-tetanic potentiation, PTP) (< 1-2 min) • Potenziamento a breve termine (short-term potentiation, STP) (< 60 min) • Potenziamento a lungo termine (long-term potentiation, LTP) (ore-giorni)

3. PTP, STP e LTP: fenomenologia

4. PTP, STP e LTP a confronto PTP • Indotto da stimolazioni tetaniche “deboli” (per frequenza e durata) • Durata  1-2 min • Meccanismo presinaptico STP • Indotto da stimolazioni tetaniche “intermedie” • Durata: decine di min - 1 h LTP • Indotto da stimolazioni tetaniche “forti” ( 100 Hz,  1 s) • Durata: ore (in vitro), giorni (in vivo)

5. Un modello di plasticità sinaptica: le sinapsi dei circuiti ippocampali

6. PLASTICITÀ SINAPTICA:l’LTP associativo

7. Sinapsi perforant path-DG Tetano: 250 Hz, 200 ms Il potenziamento a lungo termine (LTP) nelle sinapsi ippocampali pp-DG e CA3-CA1

8. Stimoli di debole intensità Stimoli di forte intensità Campo CA1 dell’ippocampo Proprietà dell’LTP nelle sinapsi pp-DG e CA3-CA1: cooperatività, specificità, associatività (I)

9. Proprietà dell’LTP nelle sinapsi pp-DG e CA3-CA1: cooperatività, specificità, associatività (II)

10. Fasi e meccanismi dell’LTP: definizioni • Induzione Fase in cui vengono attivati e operano i meccanismi che sfociano nell’aumento dell’efficacia sinaptica • Espressione Modalità attraverso cui l’aumento dell’efficacia sinaptica si realizza in conseguenza dei meccanismi di induzione • Consolidamento Insieme degli eventi tardivi grazie ai quali l’aumento dell’efficacia sinaptica diviene “a lungo termine” (passaggio STP  LTP?)

11. Dati sui meccanismi cellulari di induzione dell’LTP (pp-DG e CA3-CA1) 1. Abolita dal blocco dei recettori glutammatergici di tipo NMDA 2. Abolita dal chelaggio del Ca2+ intracellulare 3. Riprodotta dagli aumenti della [Ca2+]i ottenuti con flash photolysis di Ca2+caged

12. Un modello per l’induzione dell’LTP: il ruolo dei recettori NMDA

13. Dati sui meccanismi cellulari di induzione dell’LTP (pp-DG e CA3-CA1) 1. Abolita dal blocco dei recettori glutammatergici di tipo NMDA 2. Abolita dal chelaggio del Ca2+ intracellulare 3. Riprodotta dagli aumenti della [Ca2+]i ottenuti con flash photolysis di Ca2+caged 4. Ruolo dei recettori metabotropi 5. Ruolo del rilascio di Ca2+ dagli store intracellulari

14. Dati sulle vie di trasduzione del segnale nell’LTP NMDA-dipendente: meccanismi Ca2+-mediati 1. Bloccata dall’inibizione della CaMK II e assente in topi knock-out per la CaMK II 2. Bloccata dall’inibizione della PKC anche dopo l’applicazione del tetano 3. Bloccata dall’inibizione della PLA2 4. Bloccata o ridotta dall’inibizione delle NOS

15. Meccanismi attivi nell’induzione dell’LTP NMDA-dipendente

16. L’espressione dell’LTP NMDA-dipendente: meccanismo pre- o postsinaptico? (I) Elementi a favore di un meccanismo postsinaptico: 1.  risposta all’AMPA esogeno dopo sviluppo di LTP (con onset lento) 2. Dati dall’analisi quantale

17. L’espressione dell’LTP NMDA-dipendente: meccanismo pre- o postsinaptico? (II) Elementi a favore di un meccanismo presinaptico: 1.  rilascio di glutammato marcato dopo sviluppo di LTP 2. Dati dall’analisi quantale

18. Diminuzione della frequenza delle failure: un indice di un meccanismo presinaptico

19. Possibili meccanismi postsinaptici 1. Fosforilazione dei recettori AMPA: • l’aumento della risposta all’AMPA esogeno è prevenuto da bloccanti delle protein-chinasi • presenza nei recettori AMPA clonatidi consensus sequences per varie protein-chinasi • l’attivazione di NMDA-R può causare fosforilazione di AMPA-R in modo CaMK II-dipendente 2. Modifiche nell’espressione di diverse isoforme dei recettori AMPA 3. Attivazione di “sinapsi silenti”

20. Sinapsi postsinapticamente silenti e loro reclutamento nell’LTP NMDA-dipendente [Da Isaac et al., 1995]

21. Sinapsi postsinapticamente silenti e loro reclutamento nell’LTP NMDA-dipendente [Da Isaac et al., 1995]

22. Possibili meccanismi presinaptici Aumento della probabilità di rilascio all’arrivo del singolo PA per: • aumento dell’ampiezza del transiente di Ca2+ • aumento della sensibilità agli incrementi della [Ca2+]i In ogni caso è necessario postulare un messaggero retrogrado.

23. L’LTP NMDA-dipendente: un ruolo di messaggero retrogrado per l’ossido nitrico?

24. Elementi a favore di un ruolo per l’ossido nitrico 1. Blocco dell’induzione dell’LTP in presenza di blocco delle NOS 2. Blocco dell’induzione dell’LTP in presenza di emoglobina (scavenger dell’NO) 3. L’NO induce  della frequenza dei miniature EPSP

25. Il consolidamento dell’LTP richiede trascrizione genica e sintesi di nuove proteine

26. Aumento del numero dei siti di rilascio: un indice di modificazioni a lungo termine

27. Consolidamento dell’LTP e trascrizione genica: il sistema cAMP-CREB-CRE