Nörotransmiter Salgılanmasının Ca

Nörotransmiter Salgılanmasının Ca

ile Kontrolü

Doç. Dr. Güvem GÜMÜŞ AKAY

Ank. Üniv. Disiplinlerarası Sinirbilim Doktora Programı/

Sinapsların Moleküler Nörobiyolojisi

Sinaptik İletim

• Aksiyon postansiyelinin nöron ucuna ulaşması ile başlar

• Ca²⁺ kanalları açılır

• Aktif zonda geçici olarak Ca²⁺ konsantrasyonunun artmasına neden olur

• Ca²⁺ sinaptik vezikül ekzositozunu tetikleyerek NT salınmasına neden olur

• 1967, Katz & Miledi

• Nöromuscular juction

• Kusursuz zamanlama süreçleri, model sinapslarda araştırılmış

– Giant siquid aksonları

– Sıçan serebellar paralel fiber aksonları – Calyx of Held synapses in the brainstem

Yüksek çözünürlüklü Elektrofizyolojik Çalışmalar

• Presinaptik aksiyon potansiyeli::Ca²⁺ girişi ve sinaptik vezikül füzyonu

• Ca²⁺’un füzyonu tetikleme zamanı: <100 mikrosaniye

«When I started my lab in 1986, neurotransmitter release fascinated me because of its importance, inexplicable speed, and precision–but not a single synapse

component had been molecularly characterized.

Now –25 years later –a molecular framework that plausibly explains release in molecular terms has emerged …»

Sinaptik Vezikül Füzyonu ile ilgili Kilometre Taşları

1. Synaptobrevin, SNAP-25, and syntaxin are substrates for tetanus & botulinum toxins (C. Montecucco + R.

Jahn’ın laboratuvarları; 1992/1993)

2. Synaptobrevin, SNAP-25, and syntaxin form a complex, known as SNARE complex (J. Rothman’ın laboratuvarı;

1993)

3. Munc18 binds to SNAREs and is homologous to Unc18 and Sec1p, proteins known to be essential for C.

elegans movements and yeast secretion by unknown mechanisms (Südhof’un laboratuvarı; 1993)

• Trans-SNARE kompleksleri, veziküller ve plazma

membranı arasında köprü vazifesi görerek veziküllerin membrana yönelip kenetlenmesi için spesifikliği

belirlemektedir.

SNARE kompleksi

• Yapı olarak son derece stabil

• Snaptobrevin ve sintaksinin transmembran

domainlerine komşu olan helikal bölgelerinin paralel düzenlenmesi ile oluşur

SNARE proteinleri ve Füzyon

• «Kurulma ve Ayrılma Döngüsü» şeklinde iş görürler

• SNARE kompleksinin oluşması: Füzyon için gerekli gücü sağlamak

• SNARE kompleksinin ayrılması: Bir sonraki füzyonda kullanılmak üzere SNARE proteinlerinin hazır olmasını sağlamak

SNARE Döngüsü

• Amino-uç  Karboksi-uç

• Füzyona uğrayacak membranlar arası boşlukta köprü oluşturan trans-SNARE komplekslerinin fermuar gibi kapanması ile başlar

• Fermuarın tam kapanması membranda füzyon- porunun açılmasına neden olur

SNARE Döngüsü

• Porun açılmasından sonra, iki membran tamamen birbiri üzerine çakışmış hale gelir

• trans-SNARE kompleksleri, cis-SNARE komplekslerine dönüştürülür.

• cis-SNARE kompleksleri daha sonra NSF ve SNAPler tarafından monomerlerine ayrılır.

SNARE Döngüsü

• Bu döngüde NSF, SNARE proteinlerini «enerji ile yükler»

• Reaktif SNARE proteinlerinin enerjisi, SNARE

kompleksinin kurulumu yoluyla füzyon işleminde kullanılır.

• Kompleksteki 4-heliks demeti temel olarak hidrofobik etkileşimler sonucu oluşturulur

• R-SNARE: Transport vezikülü  v-SNARE

• Q-SNAREs: Alıcı membran  t-SNARE

Munc18 KO farelerin korteksinde spontan sinaptik aktivite

• Sinaps oluşumu: Normal

• Post-sinaptik reseptörler: Normal

• Pre-sinaptik NT salınması: Yok

SNARE- ve SM-protein kompleksleri

• Veziküllerin hedef membranlara tutunmasını stabilize ederek «kenetlenme»de rol oynarlar

• Vezikül yönlendirilmesi sırasında, ekzositozdan önce meydana gelmektedir.

Bu hız nasıl mümkün oluyor?

Ca²⁺ sensörü «Sinaptotagmin ve Kompleksin»

Ca

, iyon kanalları açılır açılmaz nasıl

ekzositozu uyarıyor?

Voltaj-kapılı Ca kanalları

yerde olmasını sağlar Kanalın, akson

membranına demirlemiş sinaptik veziküllere yakın bir

yerde olmasını sağlar

Voltaj-kapılı Ca

kanalları açıldığında:

X 15.000

α1 Ɣ

α-2δ

Readily releasable vesicle pool

Readily releasable vesicle pool

β

SİNAPTOTAGMİNLER

Yapısal ve Biyokimyasal Özellikleri

• 19 farklı izoform

• Synt 1 & 2: Sinaptik veziküller üzerinde lokalize

Vezikül membranı:

Fosfolipid bilayer Vezikül membranı:

Fosfolipid bilayer

9 aa’lik bağlayıcı

bölge 9 aa’lik bağlayıcı

bölge 3 Ca²⁺

3 Ca²⁺ 2 Ca2 Ca²⁺²⁺

• Ca

’un bağlanması kooperatiftir

• Birinci Ca

’un bağlanması diğerlerinin bağlanmasını kolaylaştırır

• Katz:

Salınan NT miktarı [Ca

]

ile orantılıdır

• Bağlandığı zaman proteinde konformasyon değişikliğine neden olmaz

• Proteinin elektropotansiyelini arttırarak, molekülü

daha fazla pozitif yükler

Ca

bağlanması

Sinaptotagmin’in

•Membran lipidlerine ve

•SNARE proteinlerine (Sintaksin-1)

bağlanmasını sağlar

Syt-1

• Sinaptik vezikül üzerinde bulunan Ca2+-bağlama proteinidir.

• Ca2+ sensörüdür

• Hızlı Ca2+ ile indüklenen NT salınımı için gereklidir

• Kompleksin adı verilen bir ko-aktivatör ile birlikte işlev görür