Inducción de LTP tardía (L-LTP)Canales de calcio dependientes del potencial:Pueden contribuir a la inducción, si la despolarización alcanza su umbral de activación.

Blitzer, 2005. Review disponible eneinstein.ciencias.uchile.cl

Proteína fosfatasa 1 (PP1),desfosforila a CaMKII, GluRs, entre otros

Proteína quinasa A,desfosforila a un inhibidor de PP1.

PKA actúa como “compuerta” para la inducción de LTP tardía

transcripción génica (vía CREB) y síntesis de nuevas proteínas (en dendritas)

: elementos principales de la cascada de señalización de LTP Algunas proteínas sintetizadas

después de inducción de LTP:• CaMKII• Factores de elongación• GluR1• BDNF (brain derived neurotrophic factor)

Nota: BDNF es liberado al espacio extracelular y por sí mismo activa la síntesis local de proteínas

Estructura y regulación de la CAMKII

Lisman et al, 2002. Nature Rev. Neurosci 3:175-190.

CaMKII en una holoenzima de 12 subunidades. Cada subunidad tiene la estructura que muestra el esquema. En condiciones de reposo (bajo Ca2+), el dominio catalítico está unido en dos zonas (S y T) al dominio autoinhibitorio. La unión de Ca2+/calmodulina libera esta inhibición y expone al sitio activo. Adicionalmente, se expone el sitio T286, que puede ser fosforilado por una subunidad vecina activa. Esta autofosforilación entre subunidades impide la reasociación con el dominio autoinhibitorio, aún después de la disociación de Ca2+/CaM.

Sin autofosforilación: ~1 s

Distintos niveles de activación de CAMKII con distintos niveles de calcio. Persistencia del estado activado

Lisman et al, 2002

Estas propiedades de CaMKII y su capacidad de inducir LTP, han llevado a sugerir la enzima podría estar involucrada no sólo en inducción de la LTP, sino también en la mantención en el tiempo de los cambios en la eficiencia sináptica (Lisman, 1989)

El estado autofosforilado se mantiene un tiempo que depende de la actividad de la correspondiente proteína fosfatasa (prot. fosfatasa 1, PP-1). Se ha visto que después de inducir LTP, la autofosforilación se mantiene por al menos 8 hrs.

Densidad postsináptica (DPS)

Curr Op Neurobiol 14: 318-327, 2004

NMDAR

CaMKII es la proteína más abundante en las DPS, donde se une al NMDAR, a proteínas de andamio y a elementos del citoesqueleto, en una forma que depende complejamente de su estado de activación y/o autofosforilación.

Después de inducir LTP, aumenta la cantidad de CaMKII en espinas y DPSs, (y ésta permanece aumentada).

Deleción del sitio de

autofosforilación de CaMKII

inhibe la LTP y afecta el

aprendizaje

Ver leyenda adjunta

Colbran and Brown, 2006

Curso temporal de las modificaciones en CaMKII y receptores AMPA después de la inducción de LTP

Posibles mecanismos de potenciación de la transmisión sináptica por CaMKII:

Hemos visto que la inducción de LTP en las conexiones CA3-CA1 es postsináptica (NMDAR, Ca2+, CaMKII) y que su expresión es también postsináptica (fosforilación e inserción de recetores, síntesis local de proteínas). Sin embargo, algunos investigadores sostienen que parte de su expresión ocurre también en el elemento presináptico (aumento en la liberación de neurotransmisor). Para que esto sea posible, se ha postulado la existencia de un mensajeroretrógrado (MR), que podría ser un gas (óxido nítrico?) o un factor de crecimiento (BDNF?). Este postulado no ha podido ser demostrado hasta ahora y algunas evidencias a favor de un cambio presináptico, basadas en análisis de liberación cuántica de NT, han sido cuestionadas por resultados recientes (ver diapositivas siguientes).

Adenilyl cyclase

MR??

Componente presináptica de LTP?

Determinación experimental de q y m (resumen):

A. El valor de q se estima a partir del primer pico del histograma de amplitudes o del valor promedio de los minis (mepp o mEPSP).

B. El valor de m puede determinarse de las siguientes maneras:

a) De la expresión m = <EPSP>/q

b) De la probabilidad de fallos: m = ln(1po)

c) Del coeficiente de variación. m = 1/(CV)2

Liberación Cuántica de Neurotransmisor

m = contenido cuántico (número promedio de cuantas liberados por impulso)

“q” o <mEPSP> = tamaño cuántico (amplitud promedio del potencial sináptico generado por la liberación espontánea de una vesícula)

Efecto presinaptico en LTP?

Contenido cuántico (m)

LTP en una vía

Estimulación mínima (baja intensidad) produce fallo o respuesta asociada a la descarga de una fibra)

% fallos. Cada par corresponde a una célula

Se usan dos electrodos de estimulación ubicados cerca de las dendritas

LTP produce disminución en el % fallos y aumento en el contenido cuántico. Estos resultados sugieren que se producen cambios en la probabilidad de liberación de neurotransmisor.

Sin embargo, estudios recientes proponen una explicación alternativa:

(LTP)

Descubrimiento de sinapsis silentes y su transformación en funcionales, hace posible intepretación de LTP como fenómeno completamente postsináptico.

Registro de corrientes sinápticas (whole-cell, V-clamp), estimulación presináptica mínima.Notar que a -60 mV no hay EPSC (corrientes vía AMPAR), sí hay a +30 mV. AP5: bloqueador de corrientes NMDA.

(LTP)

Descubrimiento de sinapsis silentes y su transformación en funcionales, hace posible intepretación de LTP como fenómeno completamente postsináptico.

Se induce LTP. Antes y después de la inducción, se fija V= -60 mV.A qué corresponden estás nuevas corrientes???

(LTP)

Descubrimiento de sinapsis silentes y su transformación en funcionales, hace posible intepretación de LTP como fenómeno completamente postsináptico.

Existen sinapsis silentes (tienen receptores de NMDA pero no de AMPA)!

Inducción de LTP produce inserción de AMPAR también en estas sinapsis

Sinapsis silentes

(LTP)

Descubrimiento de sinapsis silentes y su transformación en funcionales, hace posible intepretación de LTP como fenómeno completamente postsináptico.

Por qué? Piense...

Excepción: LTP independiente de NMDA-R

Kynunerate: inhibe AMPA-R

LTP se ve en presencia de AP5 LTP se ve con BAPTA o EGTA inyectados en céula de CA3

Fibras musgosas

Esta forma de LTP es inducida presinápticamente, posiblemente por activacion de autoreceptores de glutamato kaínicos. Su expresion esta mediada por la activación de PKA y el aumento en la liberación de NT.

post

pre

Bear and Dudek, 1993

Se induce en las sinapsis de col. de Schaeffer con CA1, pero mediante estimulación de “baja” frecuencia: 1 Hz, durante15 min)

Depresión sináptica de larga duración (LTD) en CA1

Depresión de larga duración: LTD (Hipocampo)

Inyección postsináptica de BAPTA o EGTA bloquea LTD

Ac Okadaico: inhibe fosfatasas PP1 y 2A

PP1 se activa por defosforilación de un inhibidor

Inducción de LTD también requiere la activación de receptores de NMDA

Bear and Dudek, 1993

Dependiendo de la frecuencia de estimulación presináptica, se puede inducir LTP o LTD en las mismas sinapsis

Inducción diferencial de LTP o LTD?

• Magnitud y cinética de los cambios en la concentración de calcio (las fosfatasas dep de calcio tienen menor afinidad por este ion que las kinasas).

• Activación de diferentes subunidades de receptores de NMDA (NR2A, NR2B)? Problema: no existen inhibidores específicos.

Posibles factores que inciden en la activación diferencial de una u otra vía:

En las dendritas también hay canales dependientes del potencial.Existe propagación retrógrada de potenciales de acción desde el soma-axón hacia las dendritas.

dendrita apical

Axón no se muestra

Popagación retrógrada de Pot. Acción

Diferentes canales en dendritas

STDP: Spike timing dependent plasticity

Plasticidad hebbiana inducida por descarga casi simultánea de células pre y postsinápticas.

Se induce LTP o LTD, dependiendo del orden de las descargas (pre y post)

STDP

0-100 ms 0-20 ms

Estimulación tetánica