Potențierea pe termen lung
Prin termenul potențare pe termen lung (tradus literal: potențare pe termen lung), mai cunoscut sub numele de LTP, în câmpul neurobiologic , se referă la o formă de plasticitate sinaptică care constă într-o creștere pe termen lung a transmiterii semnalului între doi neuroni, obținută prin stimularea lor sincronă. Înțelegem un anumit proces fiziologic caracterizat printr-o serie de modificări moleculare induse de o stimulare tetanică asupra funcției și microstructurii uneia sau mai multor joncțiuni sinaptice [1] .
Considerații anatomice
Aceste fenomene apar în celulele nervoase ; în special, au fost studiate fenomene referitoare la hipocamp și structuri conexe[2] .
Fiziologie
Pentru a induce potențarea pe termen lung este necesar ca membrana postsinaptică să fie depolarizată în intervalul de timp în care terminalul pre-sinaptic eliberează glutamat. Acest lucru poate fi realizat experimental utilizând stimularea tetanică . Legătura cu glutamatul deschide canalele receptorilor AMPA (în care trec ionii de sodiu și potasiu ), în timp ce depolarizarea consecventă determină detașarea ionilor de magneziu prin repulsie electrostatică din receptorii NMDA permițând trecerea (în plus față de sodiu și potasiu) cu ioni de calciu.
Calciul este elementul central al procesului deoarece, odată ce atinge o anumită concentrație în celulă, este capabil să activeze un proces prin care receptorii AMPA prezenți în celulă sunt transferați la membrană și receptorii deja prezenți lasă o cantitate mai mare de ionii trec. Sinapsa este astfel întărită. În plus, calciul este capabil să activeze un al doilea proces care duce la crearea de noi receptori AMPA care, odată introduși în membrană, modifică permanent puterea conexiunii. Acest fenomen capătă o importanță enormă la nivelul neuronilor centrali, în special în neuronii sistemului hipocampic .
Un eveniment complet fiziologic de scurtă durată este, prin urmare, capabil să provoace o schimbare sinaptică durabilă: după stimularea tetanică, neuronul țintă întărit de LTP este mult mai receptiv și produce EPSP mai mare ( potențial postsinaptic excitator ) pentru o lungă perioadă de timp. Cercetările efectuate la șoareci au arătat că LTP în hipocampus este într-adevăr legat de memoria pe termen lung.
De asemenea, este clar că, la discreția cortexului cerebral, neuronii modificați cu LTP trebuie să poată fi „resetați” și readuși la „condițiile de pornire”. Acest proces are loc prin depresia pe termen lung , LTD , o altă formă de plasticitate sinaptică.
Biologie moleculară și biochimică
Inițierea potențării pe termen lung
În neuronii post-sinaptici, există receptorul AMPA (cinetică foarte rapidă și nu foarte asemănătoare pentru glutamat ) și receptorul NMDA (receptori complexi cu cinetică lentă, foarte asemănător pentru glutamat, blocați de ioni de magneziu la potențiale mai mici de -40mV). Receptorii AMPA, care nu sunt foarte asemănători cu glutamatul, se deschid la concentrații mari ale acestui neurotransmițător. Concentrațiile mari sunt clar furnizate de stimularea tetanică (100Hz timp de 1s) în neuronul pre-sinaptic, o condiție suficientă pentru fuziunea multor vezicule sinaptice. Deschiderea receptorilor AMPA implică intrarea unui număr mare de ioni de sodiu , o afecțiune pentru care poate apărea o depolarizare a membranei până la -40mv. Acest potențial de membrană este necesar pentru a elimina blocarea magneziului din receptorii NMDA.
Receptorul NMDA, lipsit de blocare și de legarea glutamatului, este, prin urmare, liber să treacă sodiu, dar mai ales calciu . Intrarea calciului (amintiți-vă că calciul este un mesager celular foarte important) la potențialele depolarizate joacă un rol esențial: calciul este capabil să activeze CaMKII, o kinază dependentă de calciu și calmodulină , capabilă la rândul său să facă schimbări în citoarhitectură. Printre celelalte kinaze implicate, putem menționa PKA , MAPkinase / ERK, kinaza PIP3 și kinazele din familia Src , capabile să fosforileze același receptor NMDA, modulându-i sensibilitatea. Sunt implicate și enzime NOS, capabile să catalizeze producția de oxid nitric , un mesager important cu acțiune retroactivă. Toate aceste evenimente duc la modificarea structurilor și proprietăților neuronului post-sinaptic, cu fenomene care fac posibilă LTP.
Teorii despre fenomenul LTP
Deși multe dovezi experimentale au evidențiat caracteristicile fiziologice și biochimice care disting LTP , este încă neclar care sunt structurile și modificările care duc la menținerea și „funcționarea” sinapselor îmbunătățite. Pot fi enumerate patru teorii:
- Modificare presinaptică, adică implicând neuronul care stimulează;
- Modificare postsinaptică, care implică neuronul stimulat;
- Recrutarea terminalelor anterioare nefuncționale sau silențioase;
- Sinaptogeneza datorată stimulării tetanice sau creării mai multor sinapse (acest lucru ar consolida stimulul depolarizant).
Recrutarea terminalelor silențioase și sinaptogeneza este în prezent în studiu, în special în neuroștiința plasticității sinaptice , a cărei Eric Kandel este unul dintre pionieri și câștigător al Premiului Nobel. Teoria modificării presinaptice poate fi susținută datorită prezenței unor substanțe retroactive capabile să difuzeze prin membrană, cum ar fi oxidul azotic și derivații acidului arahidonic . Teoria modificării postsinaptice își găsește sprijinul în toate acele procese de transducție a semnalului datorate calciului descris anterior. Integrarea și coexistența tuturor acestor procese reușește să ofere o explicație validă a fenomenelor care stau la baza LTP .
Caracteristicile potențării pe termen lung
Se pot distinge diferite caracteristici ale fenomenului, fiecare având un grad diferit de importanță în diferite circuite:
- Cooperativitate
Acesta este fenomenul care poate apărea atunci când mai multe grupuri de fibre sunt stimulate în același timp, deoarece, în acest caz, toate contribuțiile depolarizante ale fiecărui axon sunt adăugate. Deci: cu cât sunt stimulate mai multe fibre, cu atât aveți mai multe șanse să induceți LTP .
- Asociativitate
Apare atunci când intrările sinaptice de la 2 sau mai mulți axoni împărtășesc aceeași țintă postsinaptică. Stimularea tetanică a unuia dintre acești axoni, datorită naturii sale intense, produce un efect nu numai local, dar capabil să se propage de-a lungul membranei post-sinaptice, influențând terminațiile cu ceilalți axoni. Asociativitatea apare atunci când influența tetanică a unui axon este capabilă să inducă LTP la propria terminație și la alte terminații adiacente: în acest caz, terminațiile adiacente trebuie stimulate de axonii lor în fază cu axonul care transportă tetanosul.
- Specificitate
Se vorbește de specificitate atunci când, pe de altă parte, nu există o combinație de faze: doar axonul care transportă tetanosul va fi indus către LTP. Fereastra de timp a fazei în care un LTP nu mai poate fi indus în terminațiile adiacente este de 800 ms.
Deși ar fi greșit să atribuiți aceste caracteristici proprietăților receptorului NMDA singur (gândiți-vă la unele fenomene de asociativitate între celule separate și îndepărtate, probabil explicabile prin secreția de substanțe foarte difuzabile), este foarte ușor să înțelegeți modul în care aceste fenomene sunt legate de evenimentele declanșate de intrarea calciului (prin canalele NMDA ) în mediul intracelular, a cărui difuzie influențează biochimia și procesele transductionale celulare chiar și la distanțe considerabile. Cu toate acestea, este interesant să vedem cum unele fenomene LTP , limitate exclusiv la fibrele muscoide în sinapse cu structuri cerebeloase, sunt slab corelate cu cinetica NMDA.
Notă
- ^ Eric R. Kandel, James H. Schwartz; Thomas M. Jessel , Principiile neuroștiinței , Reprint 2007, Milano, Editura Ambrosiana, 2003, ISBN 88-408-1256-3 .
- ^ Paradis, Michael A.; Urs, Mark F.; Connors, Barry W., Neuroscience: Exploring the Brain , Hagerstwon, MD, Lippincott Williams & Wilkins, 2007, p. 718, ISBN 0-7817-6003-8 .
Bibliografie
- Eric R. Kandel, James H. Schwartz; Thomas M. Jessel , Mișcarea voluntară , în Principiile neuroștiinței , Reprint 2007, Milano, Casa Editrice Ambrosiana, 2003, ISBN 88-408-1256-3 .
- Fiorenzo Conti și colab. , Plasticitatea sinaptică , în Fiziologie medicală - Volumul 1 , ediția I, Milano, Edi.Ermes, 2005, ISBN 88-7051-282-7 .
