Nörotransmiter Salgılanmasının Ca 2+ 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

Kusursuz zamanlama süreçleri, model sinapslarda araştırılmış 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 Synaptobrevin, SNAP-25, and syntaxin are substrates for tetanus & botulinum toxins (C. Montecucco + R. Jahn’ın laboratuvarları; 1992/1993) Synaptobrevin, SNAP-25, and syntaxin form a complex, known as SNARE complex (J. Rothman’ın laboratuvarı; 1993) 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+, iyon kanalları açılır açılmaz nasıl ekzositozu uyarıyor? Ca2+ sensörü «Sinaptotagmin ve Kompleksin»

Voltaj-kapılı Ca kanalları Kanalın, akson membranına demirlemiş sinaptik veziküllere yakın bir yerde olmasını sağlar

Voltaj-kapılı Ca2+ kanalları açıldığında: X 15.000

Readily releasable vesicle pool α1 Ɣ α-2δ Readily releasable vesicle pool β

SİNAPTOTAGMİNLER

Yapısal ve Biyokimyasal Özellikleri 19 farklı izoform Synt 1 & 2: Sinaptik veziküller üzerinde lokalize

Vezikül membranı: Fosfolipid bilayer 3 Ca2+ 9 aa’lik bağlayıcı bölge 2 Ca2+

Ca2+’un bağlanması kooperatiftir Birinci Ca2+’un bağlanması diğerlerinin bağlanmasını kolaylaştırır Katz: Salınan NT miktarı [Ca2+]4 ile orantılıdır Bağlandığı zaman proteinde konformasyon değişikliğine neden olmaz Proteinin elektropotansiyelini arttırarak, molekülü daha fazla pozitif yükler

Ca2+ 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