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Scuola di Neuroscienze · Dip. Neuroscienze, Torino Valentina Carabelli Andrea Marcantoni Valentina...

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Scuola di Neuroscienze Università degli Studi di Torino Corso di Dottorato Torino, 7 Settembre 2006 Canali del calcio presinaptici: distribuzione e neurotrasmissione CNR-INFM
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Scuola di NeuroscienzeUniversità degli Studi di Torino

Corso di DottoratoTorino, 7 Settembre 2006

Canali del calcio presinaptici: distribuzione e neurotrasmissione

CNR-INFM

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Presynaptic Ca2+ channels:types and distribution

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from Purves et al., 2004 Neuroscience, Sinauer Associated Inc., 3rd edition

The synaptic transmission

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The classical approach to identify the contribution of presynaptic Ca2+ channels

in central synapses

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Baldelli et al. (2002) Europ J Neurosci 16: 2297

prepost

Action potential-evoked GABAergic IPSCs

Monosynaptic preparation

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Ca2+ entry at cerebellar excitatory synapses is

controlled by N, P/Q and R-type channels

Mintz et al., 1995 Neuron 15: 675

presynaptic Ca2+-entry(fluorescence)

presynaptic stimuli

postsynapticrecording

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Mintz et al., 1995 Neuron 15: 675

…. while neurotransmitter release is controlled only by

N and P/Q-type channels

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GABA release is controlled by N- and P/Q-type Ca channels in interneurons of hippocampal slices

N-type channels

P/Q-type channels

N and P/Q-type channels

Wilson et al., 2001 Neuron 31: 453

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From these experiments we can conclude that:

• Ca2+ enters through various voltage-gated Ca2+ channels (N, P/Q, R ….. L, T)

• Secretion is strictly associated to N and P/Q-type channels, which are possibly co-localized to the release sites

• There are release sites controlled by P/Q, others controlled by N and a group controlled by N and P/Q

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Reid et al., 2003 TINS 26: 683

“Supra-additivity” supports a model of synaptic terminals with a non-uniform distribution of Ca2+

channels

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A direct approach to study presynaptic Ca2+ channels and neurosecretion:

the giant synapse of the calyx of Held

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The calyx of Held allows to record directly presynaptic and postsynaptic currents

principal neuron in the MNTB

presynapticcalyx

0.3 µmnucleus

Saetzler et al., 2002 J. Neurosci., 22: 10567

pre

post

MNTB (Medial Nucleus of the Trapezoid Body) in the brainstem of the acustic pathway

Glutamatergic giant synapse

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aga aga

P-type channels control fully the EPSCs but partially presynaptic [Ca2+]

GVIA

GVIA

N-type channels control partially the EPSCs and presynaptic [Ca2+]

Wu et al., 1999 J Neurosci, 19: 726

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P-type channels have a steeper Ca2+-dependence than N-type channels

P-type N-type

Wu et al., 1999 J Neurosci, 19: 726

Release [Caterminal]m

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P/Q-type and N-type channels co-localize with synaptotagmin

synaptotagminCa2+ channels merge

P/Q-type (α1A)

N-type (α1B)

R-type (α1E)

Wu et al., 1999 J Neurosci, 19: 726

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Why N and P/Q channels are co-localized at the release sites?

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Catteral, 2000 Annu Rev Cell Dev Bio. 16: 521

Exist a strict interaction between Ca2+ channels (P/Q and N), membrane-binding and vesicle-binding proteins

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from Purves et al., 2004 Neuroscience, Sinauer Associated Inc.

Co-localization of N and P/Q type channels at the release sites is favoured by the interaction of a

channel region (synprint) with syntaxin and other vesicle binding proteins

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Spafford & Zamponi, 2003 Curr Op Neurobiol 13: 308

The “synprint region”

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Are N and P/Q-type channels the only voltage-gated Ca2+ channels controlling

neurotransmitter release?

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Murakami et al., 2002 Brain Research, 951: 121

In isolated hippocampal neurones, focal stimulation is controlled by L-type channels

IPSCs

In slices, presynaptic response is controlled by N and P/Q-type channels

IPSCs

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……. a possible explanation

Murakami et al., 2002 Brain Research, 951: 121

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Jensen et al., 1999 J. Neurophysiol 81: 1225

In isolated hippocampal neurons the post-tetanic potentiation (PTP) iscontrolled by L-type channels

IPSCs (before PTP,at normal

stimulation, 0.2 Hz)

IPSCs (after PTP,at normal

stimulation, 0.2 Hz)

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R- and L-type Ca2+ channels contribute to secretion during prolonged presynaptic stimuli

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Baldelli et al. (2002) Europ J Neurosci 16: 2297

prepost

Action potential-evoked GABAergic IPSCs

Monosynaptic preparation

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Contribution of N and P/Q-type channels to AP-evoked IPSCs in cultured hippocampal neurons

Baldelli et al. (2005) J Neurosci 25: 3358

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KCl-evoked IPSCs induce long lasting eIPSCs with comparable amplitudes and pharmacology

Baldelli et al. (2002) Europ J Neurosci 16: 2297

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Contribution of R-type channels is enhanced during KCl-evoked IPSCs

Baldelli et al. (2005) J Neurosci 25: 3358Baldelli et al. (2002) Europ J Neurosci 16: 2297

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Conclusions

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Vesicle docking, priming, depletion and replenishment are all Ca2+-dependent processes

P/Q P/QNN

N

…….. are they controlled by the same Ca channel types?

R

LL

L

R

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Dip. Neuroscienze, TorinoValentina Carabelli Andrea MarcantoniValentina ComunanzaDaniela Guido

Pietro Baldelli (Dip. Biomedicina Sperimentale, Genova)Monica Novara (Novartis, Milano)Tiziana Cesetti (Dept Neuroscience, Heidelberg)Jesus-Miguel Hernandez-Guijo (Dep. Farmacologia, UAM, Madrid)Anna Giancippoli (Novartis, Milano)Paolo Cesare (E.B.R.I., Roma)Valeria Magnelli (Dip. Scienze e Tecnologie Avanzate, Alessandria)Michele Lovallo (C.N.R., Università di Potenza)Daniela Platano (Dip. Fisiologia Umana e Generale, Bologna)

Emanuele Sher (Ely Lilly Res. Center, Surrey, UK)Giorgio Aicardi (Dip. Fisiologia Umana e Generale, Bologna)Claudio Grassi (Dip. Fisiologia Umana, Univ. Cattolica del Sacro Cuore, Roma)Marcello D’Ascenzo

Antonio Garcia (Dep. Farmacologia, UAM, Madrid)Almudena AlbillosLuis GandiaCarmen Montiel

Antonio Artalejo (Dep. Toxicologia y Farmacologia, Univ Complutense, Madrid)

Helmut Zucker (M.P.I. fur Neurobiologie, Martinsried, Germany)Dieter Swandulla ( Dept. Neuropharmacology, Bonn, Germany)


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