sinaptogenesi

sinaptogenesi

Insieme dei processi che portano alla formazione delle sinapsi, strutture specializzate in cui avviene il passaggio di informazioni tra due cellule nervose (neuroni pre- e postsinaptici).

Tempi e dinamiche della sinaptogenesi nel sistema nervoso dei vertebrati

La formazione delle sinapsi nei vertebrati avviene in un arco di tempo piuttosto lungo, iniziando nell’embrione ed estendendosi poi alle fasi iniziali della vita postnatale. In alcune aree del sistema nervoso centrale la s. non cessa mai, continuando anche nella vita adulta. La formazione della sinapsi (➔) durante lo sviluppo del cervello (➔ cervello, sviluppo del) è intimamente accoppiata al processo di riconoscimento del giusto bersaglio da parte del neurone presinaptico. Tale processo è tuttavia un presupposto necessario ma non sufficiente per la sinaptogenesi. Infatti, anche dopo che il bersaglio è stato raggiunto, le sinapsi attendono ancora giorni o settimane prima di iniziare a funzionare e la maggior parte di esse non sopravvive.

Fasi della sinaptogenesi

Nella s. si possono distinguere diverse fasi, regolate da numerose molecole di segnalazione. Gli assoni vengono guidati al bersaglio dalle efrine, proteine di superficie che si dispongono lungo gradienti continui. Altre proteine, come le slit, regolano i processi di ramificazione assonale e hanno un ruolo chiave nella guida finale degli assoni verso il target definitivo. In seguito, molecole di adesione cellula-cellula della famiglia delle caderine stabilizzano le interazioni iniziali fra neurone e cellula bersaglio, fissando i siti dei futuri contatti sinaptici. Infine, la maturazione del terminale nervoso dipende dal traffico di vescicole all’interno della cellula. Infatti i vari componenti della sinapsi vengono trasportati alla loro destinazione in vescicole che riuniscono insieme proteine e lipidi necessari a espletare specifiche funzioni, in un processo maturativo coordinato dei due componenti che entrano in contatto reciproco. L’esistenza di questa correlazione fa supporre che vi sia un continuo scambio di informazioni fra neuroni pre- e postsinaptici, operato probabilmente dai complessi giunzionali che stabilizzano la sinapsi o da fattori secreti pre- e postsinapticamente.

Attività sinaptica e sinaptogenesi

Evidenze genetiche e sperimentali mostrano come l’attività sinaptica sia il principale mezzo di sopravvivenza dei contatti nervosi (➔ cervello, sviluppo del, Ruolo dell’attività elettrica) ma non sia richiesta per la formazione delle sinapsi, potendosi generare sinapsi normali, per numero e aspetto, anche in assenza di rilascio del neurotrasmettitore. Se quest’ultimo non viene rilasciato, però, le sinapsi non sono stabili e degenerano subito dopo la nascita, perché non funzionanti (riarrangiamento sinaptico). Poiché uno stesso neurone postsinaptico del sistema nervoso centrale può ricevere contatti da più elementi presinaptici che rilasciano neurotrasmettitori diversi, recettori sinaptici specifici devono essere raggruppati in zone distinte. Tale processo è operato da proteine, come la gefirina, responsabile del raggruppamento dei recettori per la glicina e per il GABA.

Formazione di sinapsi nello sviluppo

Il numero di sinapsi che si forma durante lo sviluppo è enorme, rispetto alle sinapsi presenti nell’adulto. Nei primati, la nascita coincide con la metà di una fase particolarmente intensa di s. (della durata totale di circa 400 giorni nell’uomo), durante la quale si forma quasi il 90% delle sinapsi, al ritmo di ca. 40.000 al secondo. Nel neonato, pertanto, si formano oltre 2 milioni di sinapsi al minuto. La durata della fase rapida di s. non è uniforme in tutte le aree cerebrali, ma risulta più breve nelle cortecce sensoriali e molto più lunga in aree, quali la corteccia prefrontale, implicate in funzioni cognitive complesse (➔ cervello, sviluppo del, Sviluppo delle funzioni cerebrali superiori). In seguito, il ritmo rallenta fino alla pubertà e, successivamente, si stabilizza sui valori molto più bassi tipici del cervello adulto, per poi decrescere ancora bruscamente nel corso della vecchiaia.

Sinaptogenesi della sinapsi neuromuscolare

Al momento del contatto tra l’assone di un motoneurone e la fibra muscolare, molti elementi della sinapsi matura sono già formati, quali le vescicole sinaptiche a livello del terminale assonale e i recettori di tipo nicotinico che legano l’acetilcolina, il neurotrasmettitore tipico della sinapsi neuromuscolare. Successivamente, lo scambio di informazioni tra l’elemento presinaptico e quello postsinaptico guida i processi di rifinitura che portano alla formazione della sinapsi matura e funzionale:

• nel motoneurone si verifica un cospicuo aumento di vescicole sinaptiche ripiene di neurotrasmettitore;

• nella fibra muscolare si ha un marcato addensamento di recettori nicotinici nell’area del contatto (densità dell’ordine di 10.000/μm²), accompagnato da un vistoso depauperamento degli stessi nelle zone extrasinaptiche (meno di 10/μm²);

• nello spazio extracellulare che separa i due elementi si forma una spessa lamina basale che avvolge l’intera fibra muscolare.

La lamina basale ha un ruolo chiave nel promuovere gli eventi di maturazione a carico sia del motoneurone sia della fibra neuromuscolare. Due proteine, l’agrina e la rapsina, sono prodotte dal motoneurone e, rilasciate a livello della lamina basale, agiscono mediante la via del recettore MuSK (MUscle Specific Kinase) ancorando i recettori sinaptici già esistenti. Un’altra proteina, la neuregulina, promuove la sintesi di nuovi recettori nicotinici. Durante la s., più assoni innervano inizialmente la stessa fibra muscolare. In seguito, fenomeni di competizione basati sull’attività elettrica delle fibre afferenti portano all’eliminazione di molte sinapsi, con il risultato che, alla fine, ogni fibra muscolare è innervata da un solo assone motorio.