Sinapsların İnce Yapısına Genel Bakış
Doç. Dr. Güvem Gümüş Akay
Ank. Üniv. Disiplinlerarası Sinirbilim Doktora Programı/
Sinapsların Moleküler Nörobiyolojisi
• Sinir hücreleri arasında bilgi transferinin yapısal temeli ?
• 19.yy’ın sonları: Gümüş Boyama Tekniği
Sinaps
• Verrall, Sherrington
• Syn: together + Haptein: to clasp
• Nöronal / Retiküler teori
Sinapsların Mikroanatomisi
• Tip I / Asimetrik sinapslar/Eksitatör
• Tip II / Simetrik sinapslar/İnhibitör
http://synapses.clm.utexas.edu
Eksitatör sinapslar: Dentritler ve dendritik dikenler
İnhibitör sinapslar: Hücre gövdesi (soma) ve akson
başlangıç segmentleri
Nöropil
• Dendritler, aksonlar ve astroglial yapılar ince keçe gibi gözenekli bir yapı (Nöropil) oluşturur.
• Sinaptik etkileşimlerin çoğu bu yapıda görülür.
• Hücre gövdesi sayı olarak azdır.
Dendritler Aksonlar
Aksogliyal Yapılar
Sinaptik Nöropil’in
Organizasyonu
Presinaptik bileşenler
• Aksonal butonlar
• Aktif zon
• Presinaptik veziküller
• Diğer aksonal bileşenler
Aksonal Butonlar
• Hipokampal alan CA1, striatum radiatum’da eksitatör aksospinöz sinapslar, ince ve
genellikle miyelinsiz aksonlar tarafından
oluşturulmuş tipik sinaps örneklerini oluşturur.
• Presinaptik aksonların büyük bir çoğunluğu
CA3 piramidal hücrelerden köken alır ve CA1
piramidal hücrelerin apikal dendritik dikenleri
ile sinaps yaparlar.
Aksonal Butonlar
• Herbir akson nöropil boyunca dokuma yapar ve sinaps yapacağı bölgede nörotransmitter yüklü vezikülleri içeren aksonal butonları
oluşturur.
Aksonal butonlar
• ~%75 Sadece bir sinaptik bağlant
• ~%21 Çoklu sinaptik bağlant (Multisinaptik)
• ~%4 Postsinaptik partneri yok
Olgun hipokampüste hızlı sinaptogenezin olduğu koşullarda, postsinaptik partnerler mevcut aksonal butonlarla sinaps oluştururlar.
Böylelikle de novo presinaptik aksonal buton
oluşturulmasına gerek kalmaksızın daha fazla multisinaptik buton meydana gelir.
Multisinaptik butonların gelişim sürecindeki rolleri??
Aksonal butonlar
• Aksonların bir bölümü de beyin boyunca farklı tipte sinaptik bağlantlar oluştururlar.
• Örn: Dentat girusun granül hürelerinin «mossy
fiber» aksonları çok geniş presinaptik butonlara
sahiptir ve CA3 piramidal hücrelerin proksimal
dendritlerindeki çok sayıda dendritik diken ile
sinaps yaparlar.
Aksonal butonlar
• Serebellar korteksteki aksonlar çok değişik tipte sinaps oluştururlar.
• Serebellar granül hücreleri, çok sayıda purkinje hücresi ile aksospinöz sinaps oluşturan tek bir paralel fiber
oluştururlar.
• Nucleus olivarius inferior’dan köken alan bir climbing
fiber sadece bir Purkinje hücresinin proksimal dentritik
şaftı boyunca çok sayıda aksonal buton oluşturur.
Aktif Zon
• Sinaptik veziküllerin membrana tutunduğu ve NT salımının gerçekleştiği, özelleşmiş presinaptik
membran bölgesidir.
• PSD’nin hemen karşısında yer alır.
• EM’de elektronca yoğun bölgeler olarak gözlenir.
Aktif Zon
• Aktif zonla ilişkili olarak presinaptik yapıya dahil olan sitoplazmik «yoğun
projeksiyonlar» bulunmaktadır.
• Fonksiyon ?
• Bazı sinapslarda bu yapılar özellelmiş
«sinaptik şerit» oluştururlar.
• Veziküllerin membrana tutunması ve NT salınmasında rol oynadıkları
düşünülmektedir.
Aktif Zon
• Doku kültürlerinde kriyoelektron tomografi tekniği ile gerçekleştirilen çalışmalar, aktif zonda var olan
kompleks filament ağ yapısının NT salınması sırasına boyutsal değişikliğe uğradığını göstermiştir.
• AZ’un vezikül mobilizasyonu ve salınmasındaki rolünü
desteklemektedir.
Aksonal Butonlardaki Veziküller
• Eksitatör sinapslardaki presinaptik butonlar
«glutamat» ile yüklü, ~35 nm çapında, berrak (clear) veziküller içerir.
• Aksonal buton boyunca dağılmış veziküller, anatomik
olarak presinaptik membrana tutunmuş veziküllerden
farklı olarak «stok» havuzu oluştururlar.
• NT, sinaptik yarığa demirlemiş veziküllerden salınır.
• Presinaptik membrana demirlemiş veziküller, fiksasyon işlemi sırasında bir miktar NT’nin hali hazırda salınmış olmasından dolayı, diğer
veziküllerden daha küçük gözlenirler.
• NT salınımından sonra veziküler membran klatrin- aracılı endositoz veya toptan (bulk) endositoz ile geri dönüştürülür.
Aksonal Butonlardaki Veziküller
• Presinaptik butonlar çeşitli şekil, büyüklük ve içeriğe sahip veziküller de içerebilir.
• Bazı eksitatör glutamaterjik sinapslar, tipik sinaptik veziküllere ilave olarak daha büyük (> 60nm)
berrak veziküller de içerebilmektedir.
Aksonal Butonlardaki Veziküller
• Berrak veziküllere ilave olarak bazı glutamaterjik aksonal butonlar «yoğun kor vezikülleri» içerirler (~80 nm, DCV)
• CA1’deki olgun sinapsların %20’sinde mevcuttur.
• Yeni AZ bölgelerinin oluşturulması için lokal kaynaklardır.
• Hızlı sinaptogenezin gözlendiği presinaptik aksonal butonlarda sayılarının azalması bu durumu desteklemketdir.
Aksonal Butonlardaki Veziküller
• İnhibitör presinaptik butonlar yuvarlak, basık ve nispeten daha küçük veziküller içerirler.
• Simetrik sinapslardaki veziküller çoğunlukla GABA veya glisin ihtiva ederler.
• En sıklıkla nöronal hücre gövdesinde ve proksimal dendritik şaftlar boyunca yer alırlar.
• Aynı zamanda dendritler boyunca eksitatör sinapslar arasına da serpiştirilmişlerdir.
– Örn: Striatum radiatumun CA1 bölgesindeki sinapsaların yaklaşık %5- 10’u inhibitör sinapslardır.
• Bazen akson hillockta da bulunabilir. Bu durumda özellikle daha güçlü bir inhibitör etki söz konusu olabilmektedir.
• Bazı beyin bölgelerinde dendritik dikenlerin boyun bölgelerinde de inhibitör sinapslar bulunmaktadır.
Aksonal Butonlardaki Veziküller
Diğer Aksonal Bileşenler
• Mikrotübüller
• Motor proteinleri: Dinein ve kinezin
• Mitokondri
• Düz endoplazmik retikulum
• Mikrotübüller, Akson boyunca belirgindirler
• Sinaptik butonun merkezinde genellikle
bulunmazlar (Ca aracılı NT kontrolü, Ca aracılı
mikrotübül depolimerizasyonu)
• Mitokondriler, akson boyunca ve aksonal butonlarda heterojen dağılım gösterir.
• Hipokampal CA1’deki aksonal butonların yaklaşık %41’i mitokondri içerir
• Aksine bazı büyük aksonal butonlar çok sayıda
mitokondri içerir
Aktif Zon’un moleküler anatomisi
• Yüksek çözünürlüklü ışık mikroskobisi
• İmmuno-EM
• Peroksidaz temelli enzimatik amplifikasyon
Aktif Zon’un moleküler anatomisi
• Sitomatriks proteinleri: Bassoon ve Picolo
• Voltaj-, ligand- ve Ca- kapılı kanallar
Sinaptik Yarık
• Presinaptik akson ve postsinaptik dendrit arasında bulunan ve yaklaşık 20 nm
genişliğindeki “boşluk”
• Elektronca yoğun materyal
– Standart ECM proteinleri
– Özelleşmiş sinaptik proteinler
• Pentraksinler, Narp ve NP1
Hücre Adezyon Molekülleri
• İntegrinler
• Nöroligin/Nöreksinler
• Efrin /Efrin reseptörleri
• N-CAM
• Nectin
• Kaderinler ve protokaderinler
• CASK
Postsinaptik Dendritik Dikenler
• Lolipop
• Short, stubby
• Mushroom shaped
• Filopodia-like
Postsinaptik Dendritik Dikenler
• Boyutları çok değişkendir.
– Farklı beyin bölgelerinde, hatta bir dendrit boyunca
PostSinaptik Dansite
• Asimetrik sinapslarda postsinaptik plazma membranının hemen altnda yer alan, 35- 50 nm kalınlığında, belirsiz-elektronca
yoğun bölge
• Küçük sinapsların yüzeyi genel olarak
düzenli yapı göstermekle birlikte yer yer
peforasyonlar gözlenir
PostSinaptik Dansite
• Tam olarak AZ’nun karşısında yer alır:
Doğrudan trans-sinaptik etkileşimin göstergesi
• Presinaptik ve postsinaptik yapıların
kalınlığı aynı beyin bölgesindeki eksitatör ve inhibitör sinapslarda bile büyük
varyasyon gösterir.
PostSinaptik Dansite
• PSD’nin yüzey alanı diken baş hacmi ve AZ’na demirlemiş toplam presinaptik vezikül sayısı ile neredeyse mükemmel bir korelasyon
gösterir.
• Moleküler kütlesi yaklaşık 1 gigadalton
– 100 kDa büyüklüğündeki proteinden yaklaşık 10.000 kopya
PostSinaptik Dansite
Peng J et al. J. Biol. Chem. 2004;279:21003-21011
Cold Spring Harb Perspect Biol 2011;3:a005678
PSD proteinleri
~2000
Cold Spring Harb Perspect Biol 2011;3:a005678
