Regulação por sinapsina I e quinase II dependente de calmodulina de Ca(2+) da liberação de neurotransmissores na sinapse gigante do mola.

Protocolos de clamping de voltagem pré-sinápticos ou simultaneamente pré e pós-sinápticos foram implementados na sinapse gigante do molusco para determinar a magnitude e o curso temporal da corrente de cálcio pré-sináptica (ICa) e sua relação com a liberação de neurotransmissores antes e após a injeção pré-sináptica de proteínas. Estas incluíram várias formas de sinapsina I, quinase II dependente de cálcio-calmodulina (CaM quinase II) e avidina. 2. As quantidades e a localização dessas proteínas foram monitoradas por microscopia de fluorescência com vídeo aumentado durante as medições eletrofisiológicas. 3. A injeção pré-sináptica de sinapsina I desfosforilada inibiu a transmissão sináptica com um curso temporal consistente com a difusão da proteína através do terminal e ação na zona de liberação ativa. Um modelo matemático relacionando a difusão da sinapsina I no terminal com a liberação de neurotransmissores foi desenvolvido para auxiliar na interpretação desses resultados. 4. A inibição da liberação de neurotransmissores pela sinapsina I foi reversível. 5. A ação da sinapsina I foi altamente específica, uma vez que a fosforilação apenas da região da cauda ou das regiões da cabeça e cauda impediu a sinapsina I de inibir a liberação. 6. Injeções de sinapsina I tratada com calor ou de avidina, uma proteína com um tamanho e ponto isoelétrico semelhantes aos da sinapsina I, não tiveram efeito na liberação de neurotransmissores. 7. A CaM quinase II injetada pré-sinapticamente foi encontrada para facilitar a liberação de neurotransmissores. Essa facilitação, que poderia ser de até 700% da resposta controle, estava relacionada ao nível de penetração da enzima ao longo do comprimento do pré-terminal. Um modelo matemático dessa facilitação indica um ajuste razoável entre a distribuição da CaM quinase II dentro do terminal e o grau de facilitação. 8. A forma geral da resposta pós-sináptica não foi modificada pela injeção de sinapsina I ou CaM quinase II. 9. Os dados sugerem que, além de liberar neurotransmissores, o cálcio também penetra no citossol pré-sináptico e ativa a CaM quinase II. Quando ativada, a CaM quinase II fosforila a sinapsina I, o que reduz sua ligação a vesículas e/ou estruturas citoesqueléticas, permitindo que mais vesículas sejam liberadas durante uma despolarização pré-sináptica. A amplitude da resposta pós-sináptica será, portanto, regulada de forma direta e indireta pelo influxo de Ca2+ induzido pela despolarização. Este modelo fornece um mecanismo molecular para a potenciação sináptica.