Liberación de neurotransmisores dependiente de calcio y dinámica vesicular
La liberación de neurotransmisores es el paso presináptico de la transmisión química, en el que el calcio que entra en el terminal nervioso desencadena la fusión de las vesículas sinápticas llenas de neurotransmisores con la membrana plasmática. La reacción es rápida, se confina espacialmente a la zona activa y depende en gran medida de la concentración de calcio, de modo que la dinámica vesicular —acoplamiento (docking), cebado (priming), fusión y reciclaje— determina la velocidad y fiabilidad de la señalización sináptica.
Definition
La liberación de neurotransmisores dependiente de calcio es la exocitosis regulada del contenido de las vesículas sinápticas en la zona activa presináptica, desencadenada cuando el calcio que entra a través de canales dependientes de voltaje se une a un sensor de calcio vesicular e impulsa la fusión de la membrana mediada por SNARE.
Scope
Este tema abarca el ciclo de las vesículas sinápticas y la maquinaria molecular que acopla el influjo de calcio presináptico a la exocitosis: las proteínas de fusión SNARE, el sensor de calcio sinaptotagmina, la organización de la zona activa y la naturaleza cuántica de la liberación. Se aborda desde una perspectiva fisiológica y no se tratan las dosis farmacológicas ni el manejo clínico.
Core questions
- ¿Cómo desencadena la entrada de calcio la fusión vesicular en un milisegundo?
- ¿Qué proteínas forman la maquinaria de fusión y el sensor de calcio?
- ¿Cómo se acoplan (docked), ceban (primed) y reciclan las vesículas en la zona activa?
- ¿Por qué la liberación se organiza en cuantos discretos?
Key concepts
- Ciclo de la vesícula sináptica
- Zona activa
- Canales de calcio dependientes de voltaje
- Complejo SNARE (sinaptobrevina, sintaxina, SNAP-25)
- Sensor de calcio sinaptotagmina
- Acoplamiento (docking) y cebado (priming) vesicular
- Pool de liberación rápida
- Liberación cuántica y potenciales en miniatura
Key theories
- Hipótesis SNARE de la fusión de membranas
- La fusión de membranas es impulsada por la formación en cremallera de un complejo de cuatro hélices formado entre proteínas de la vesícula (v-SNARE) y de la membrana diana (t-SNARE), que une las dos membranas; el complejo SNARE sináptico fue resuelto a resolución atómica.
- La sinaptotagmina como sensor de calcio
- La sinaptotagmina, una proteína vesicular que se une al calcio, actúa como el sensor de calcio rápido que desencadena la liberación sincrónica, vinculando la maquinaria SNARE con la señal de calcio presináptica.
- Liberación cuántica
- El neurotransmisor se libera en paquetes unitarios correspondientes a vesículas individuales, observados como potenciales postsinápticos en miniatura espontáneos, por lo que la liberación evocada refleja el número de cuantos descargados.
Mechanisms
Un potencial de acción abre los canales de calcio dependientes de voltaje agrupados en la zona activa, produciendo un aumento breve y local de calcio cerca de las vesículas acopladas (docked). El calcio se une a la sinaptotagmina en la vesícula, lo que, actuando con el complejo SNARE ensamblado (sinaptobrevina en la vesícula emparejándose con sintaxina y SNAP-25 en la membrana plasmática), desencadena una rápida fusión de la membrana y la liberación del contenido de neurotransmisores de la vesícula. Las vesículas primero se acoplan (docked) y luego se ceban (primed) en la zona activa para volverse competentes para la fusión; después de la fusión, su membrana se recupera y se rellena, regenerando el pool liberable. Debido a que cada vesícula entrega un cuanto de neurotransmisor aproximadamente fijo, la señal postsináptica se escala con el número de vesículas que se fusionan.
Clinical relevance
La maquinaria de liberación es el objetivo de varias toxinas potentes y de trastornos de la transmisión neuromuscular y sináptica, porque la escisión de las proteínas SNARE o el bloqueo de los canales de calcio presinápticos interrumpe la liberación. Esta entrada describe la fisiología subyacente sobre la que actúan dichos agentes y condiciones, y no es una guía para el diagnóstico o tratamiento.
History
El carácter cuántico de la liberación fue establecido por Katz y sus colegas en la unión neuromuscular en la década de 1950. Desde finales de la década de 1980 en adelante se identificaron los componentes moleculares —las proteínas SNARE, cuyo complejo sináptico fue cristalizado en 1998, y la sinaptotagmina, propuesta como sensor de calcio en 1992— construyendo la explicación molecular moderna de la exocitosis desencadenada por calcio.
Key figures
- Bernard Katz
- Thomas Südhof
- Reinhard Jahn
Related topics
Seminal works
- fatt-katz-1952
- brose-1992
- sutton-1998
- sudhof-2013
Frequently asked questions
- ¿Por qué la liberación de neurotransmisores es tan sensible al calcio?
- El desencadenamiento requiere que varios iones de calcio se unan al sensor vesicular sinaptotagmina, por lo que la tasa de liberación aumenta drásticamente con la concentración local de calcio que sigue a la apertura del canal.
- ¿Qué es un cuanto de neurotransmisor?
- Es la cantidad de neurotransmisor contenida en una sola vesícula sináptica; la fusión espontánea de una vesícula produce un pequeño potencial postsináptico en miniatura, y las respuestas evocadas se construyen a partir de números enteros de dichos cuantos.