QUANTO E’ VELOCE UNA
SINAPSI E COSA INFLUENZA LA VELOCITA’
Tutto l’apparato
di trasmissione sinaptica è come un complesso congegno progettato per
funzionare a velocità vertiginose, infatti:
1) il meccanismo
di fusione delle vescicole sinaptiche risponde solo ad alti ma brevissimi incrementi del Ca2+ citosolico che si
verificano all’imbocco dei canali del Ca;
2) i messaggeri
chimici devono avere bassa
affinità per esercitare un
velocissimo “on-off” basato su una rapida reversione degli effetti;
3) i recettori
ionotropici sono attivati solo da un’altissima concentrazione di trasmettitore per
un tempo brevissimo nella fessura sinaptica;
4) il rapido decadimento spaziale e temporale della concentrazione extracellulare
dei neurotrasmettitori rende possibile solo l’impiego di molecole “veloci” per
la trasmissione.
L’alta efficienza
di questi processi veloci determina l’altissima frequenza di scarica tonica da
cui dipende anche l’attivazione dei recettori metabotropici che mediano la
modulazione lenta; ma, soprattutto, consentono processi di segnalazione la cui
durata è nell’ordine dei submillisecondi.
Durante lo
svolgimento delle attività della vita di tutti i giorni, la frequenza di
scarica dei nostri terminali presenta aspetti imprevedibili ed incomprensibili
sulla base delle conoscenze attuali. Ad esempio nel tuo cervello, mentre leggi
questa nota, molti tipi neuronali scaricano ad alta frequenza in forma di vere
e proprie raffiche e poi, d’improvviso, cessano diventando silenti mentre tu
prosegui nella lettura senza che sia cambiato apparentemente nulla. Un
cambiamento del genere -come mille altri simili- è possibile grazie a una
variazione di assetto e forza della sinapsi, fenomeno definito plasticità di breve termine, che costituisce un campo di studi vasto e affascinante.
Questi pochi dati
sono sufficienti per rendersi conto del rilievo dei parametri temporali nella
fisiologia sinaptica.
Ai corsi di neuroscienze,
negli USA, solo da pochi anni si dà importanza al fattore tempo nella
comunicazione fra neuroni, conferendo agli allievi un criterio ed una
prospettiva in più per giudicare tutti i fenomeni che dipendono dalla
neurotrasmissione.
In Italia,
probabilmente anche perché i neuroscienziati in senso stretto sono pochi e solo
una parte di essi ha incarichi didattici di ruolo nelle Università, le scuole
mediche e biologiche propongono ancora, nell’insegnamento scientifico di base
del sistema nervoso, un’immagine statica delle sinapsi.
Questo problema
sicuramente non riguarda il Dipartimento di Neurobiologia della Johns Hopkins
Medical School di Baltimore, nel Maryland, dove insegna Dwight Bergles, uno dei
massimi esperti in questo campo (dbergles@jhmi.edu). Vediamo un interessante sviluppo delle sue
ricerche.
Le correnti sinaptiche diventano più rapide col
passare del tempo, per questo un interrogativo chiave nello sviluppo e nell’invecchiamento
delle sinapsi, e conseguentemente di tutte le funzioni dell’organismo che
dipendono dal sistema nervoso, è costituito dalla comprensione dei processi che
determinano l’accelerazione.
Una questione a
lungo dibattuta e controversa riguarda la priorità nel determinare l’aumento di
velocità: è più importante il compartimento pre-sinaptico o quello dei
recettori post-sinaptici?
Un nuovo studio (Dwight E. Bergles, Shape-shifting at
a cerebellar synapse allows submillisecond signaling. Nature Neuroscience
8, 1279-1281, 2005) condotto
con l’impiego della microscopia elettronica, delle tecniche di fisiologia e del
modelling, ha mostrato che il progressivo aumento di velocità delle correnti
sinaptiche mediate dai recettori AMPA durante lo sviluppo, deriva da modificazioni
della struttura del
terminale sinaptico piuttosto che dalla
composizione dei recettori post-sinaptici.
Nicole
Cardon