Mecanismos que regulan por separado la liberación y el reciclaje de vesículas sinápticas
Crédito: CC0 dominio público
Las sinapsis químicas transportan información dentro del sistema nervioso. Cuando las células presinápticas se excitan eléctricamente, las vesículas sinápticas se fusionan con la membrana presináptica, liberando material mensajero dentro de las vesículas hacia la hendidura sináptica. Luego se unen a los receptores de las células postsinápticas, donde vuelven a activar señales eléctricas. Las secuencias temporales y espaciales de las señales entrantes determinan cómo se procesa y transmite la información en el cerebro. Las sinapsis químicas necesitan reciclar vesículas sinápticas para nuevas señales con el fin de mantener su función durante largos períodos de tiempo. Los profesores Carsten Duch y Martin Heine, y sus respectivos grupos de investigación en la Universidad Johannes Gutenberg de Mainz (JGU) están investigando cómo se regula la liberación y el reciclaje de vesículas sinápticas.
“Incidencia de exocitosis y endocitosis Sinapsis química Para lograr una señalización confiable en el cerebro, necesitamos hacer ajustes”, explicaron los biólogos.Duke y Heine, junto con el Dr. Ulrich Thomas, líder de grupo del Instituto Leibniz de Neurobiología en Magdeburg. PNAS Un artículo sobre cómo las señales de calcio presináptico separadas espaciotemporalmente regulan independientemente la exocitosis y endocitosis de vesículas sinápticas, su liberación y reutilización.
Coexistencia de diferentes tipos de canales de calcio dependientes de voltaje en presinápticos
En las sinapsis químicas, los impulsos eléctricos entrantes se convierten en señales químicas que se transmiten a la siguiente celda. En el proceso, el ion calcio primero fluye a través de canales de membrana dependientes de voltaje hacia las células presinápticas, es decir, neuronas aguas arriba que transmiten señales a las células postsinápticas. Esta entrada de calcio está severamente restringida tanto en el tiempo como en el espacio, causando exocitosis de vesículas sinápticas desde reservorios de vesículas especializados. Las señales de calcio presináptico también regulan el reciclaje de vesículas sinápticas, pero con diferentes requisitos temporales y espaciales. Una de las preguntas abiertas es cómo la actividad eléctrica presináptica conduce a señales de calcio con diferentes perfiles temporales y espaciales en las terminales presinápticas.
Al combinar la modificación del gen sináptico neuromuscular de los organismos modelo genéticos de Drosophila melanogaster con mediciones electrofisiológicas y fotofisiológicas, el equipo de investigación encontró que los componentes presinápticos contienen dos tipos diferentes de Ca de canal de calcio dependiente de voltaje. Pude demostrar.v2 y Cav1. Sin embargo, resulta que están separados espacialmente. Ambos tipos de canal Se abre cuando llega una señal eléctrica, pero solo CavLa exocitosis de vesículas sinápticas requiere dos canales dentro de la zona activa presináptica. CaliforniavUn canal se encuentra fuera de la zona activa y mejora la endocitosis de las vesículas sinápticas a través de la entrada de calcio dependiente de la actividad.v2 Eliminación de Ca mientras se previene la transmisión sináptica por ingeniería genéticavUno ralentiza la tasa de endocitosis de vesículas sinápticas, lo que aumenta la depresión sináptica durante la actividad sostenida. Esto se debe a que las señales de calcio mediadas por dos poblaciones diferentes de canales de calcio dependientes de voltaje, en su mayoría independientes, responden a la actividad neuronal con dos funciones presinápticas importantes: liberación y reciclaje de vesículas sinápticas. Cómo adaptarse.
Separación funcional de Cav1 y Cav2 por bomba de calcio
La pregunta clave era cómo separar funcionalmente las señales de calcio a través de diferentes canales en la escala nanométrica en las terminales presinápticas, ya que el calcio es, después de todo, un mensajero intracelular altamente difusivo. Diferentes funciones importantes de la señalización de calcio mediada por Ca, según los investigadoresv1 y CavLos dos canales están separados por un tampón de calcio inmovilizado en la membrana. CaliforniavLos dos canales están ubicados dentro de la zona activa presináptica a una distancia de 70-140 nanómetros de las vesículas sinápticas de fácil liberación. Esta clara localización de Cav2 da como resultado la aparición de señales de calcio estrechamente reguladas temporal y espacialmente dentro del llamado nanodominio durante la actividad eléctrica presináptica, que son esenciales para la transmisión sináptica temporal precisa. CaliforniavUno se localiza alrededor de la zona activa, lo que teóricamente permite que el calcio fluya a través de ambos tipos de canales al mismo tiempo, lo que da como resultado una señal mixta medible sin retardo. Sin embargo, la bomba de calcio de la membrana plasmática (PMCA) previene este tipo de señal mixta. El PMCA se encuentra fuera de la zona activa y los separa de la regulación dinámica de la endocitosis que logra el Ca.vInfluencia de calcio a través de 1. Porque es Cav1, Cav2, y PMCA también se han identificado en las sinapsis centrales en el cerebro de los mamíferos, y estas proteínas pueden representar tríadas funcionales conservadas para la regulación dependiente de la actividad separada de la exocitosis y la endocitosis. Hay sexo. Vesículas sinápticas..
Regulación de los canales de calcio y función sináptica esencial.
En el futuro, el grupo de investigación de Duch y Heine canaliza las moléculas relacionadas antes de las sinapsis. La señalización del calcio en las terminales presinápticas regula la exocitosis y otras funciones sinápticas importantes más allá de la endocitosis, como la regulación sináptica. Esta plasticidad sináptica homeostática es fundamental para asegurar el procesamiento de la información en el cerebro. Como parte de un proyecto dentro del Collaborative Center for Neurohomeostasis Molecular and Cellular Mechanisms 1080, el grupo de Duch y Heine está investigando cómo se separan espacio-temporal. Antes de la sinapsis, las señales de calcio controlan de forma independiente la exocitosis y la endocitosis, el transporte de vesículas entre diferentes reservorios y la homeostasis sináptica. “Las señales de calcio son muy adecuadas para adaptar con precisión diferentes funciones sinápticas importantes a diferentes actividades neuronales, pero apenas estamos comenzando a dilucidar los mecanismos que regulan independientemente estas funciones”, dijo Duch. Heine comentó sobre el estudio de la neurobiología.
Sitio de acoplamiento por grupo de canales de calcio
Para más información:
Niklas Krick et al, Aislamiento de las funciones de los canales presinápticos Cav2 y Cav1 en la exocitosis y endocitosis de vesículas sinápticas mediante la bomba de Ca2 + fijada por membrana PMCA, Actas de la Academia Nacional de Ciencias (2021). DOI: 10.1073 / pnas.2106621118
Proporcionado por
Universidad de Mainz
Cita: El mecanismo que regula por separado la liberación y el reciclaje de vesículas sinápticas (19 de julio de 2021) es de https: //phys.org/news/2021-07-mechanisms-synaptic-vesicle-recycling.html 2021 Obtenido el 19 de julio.
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