Long-term synaptic plasticity is occluded at Schaffer collateral synapses from Synaptophysin-family knockout mice because of increased probability of vesicle release

Abstract

Las sinapsis son conexiones entre neuronas que permiten la transmisión de información. Estas conexiones involucran varias moléculas, como las Sinaptofisinas, una familia de cuatro proteínas incrustadas en la membrana de vesículas almacenadas en el terminal presináptico. La información es transmitida desde el terminal presináptico al postsináptico a través de neurotransmisores, que son secretados durante la exocitosis vesicular. Investigaciones previas de nuestro laboratorio mostraron como la deleción de la familia de Sinaptofisinas en ratones (conocido como cuádruple knockout o QKO) resulta en transmisiones sinápticas más fuertes debido a un incremento en la probabilidad de liberación vesicular (pv).

Varios factores influyen en el tamaño de la respuesta sináptica, algunos ubicados en el terminal presináptico y otros en el postsináptico. En el presináptico tenemos el tamaño del contingente de vesículas listas para ser liberadas, que determina la cantidad de vesículas disponibles para la liberación de neurotransmisores, y la pv, la probabilidad de cada una de esas vesículas del contingente de ser exocitada tras un potencial de acción. Investigaciones previas han mostrado como la deleción de solo dos miembros de la familia de las Sinaptofisinas puede llevar a anomalías en la plasticidad sináptica, la capacidad de las sinapsis que les permite sufrir cambios funcionales acorde a su frecuencia de uso. Estos cambios pueden aumentar o disminuir la respuesta sináptica y pueden ser divididas en dos grupos en función de su duración: plasticidad a corto y largo plazo. La plasticidad a corto plazo podría estar involucrada en tareas de computación como filtrar información o percepción espacial, mientras la plasticidad a largo plazo compondría la memoria y el aprendizaje. Ambas son esenciales para el funcionamiento del cerebro, y debido a que investigaciones previas muestran los efectos de eliminar miembros de la familia de Sinaptofisinas en plasticidad, es necesario investigar cómo esto afecta a las sinapsis de los QKO.

Respecto a la plasticidad a largo plazo, intentamos potenciar las respuestas sinápticas en rodajas de hipocampo de ratones QKO y control. Ambas fueron potenciadas, pero tras un tiempo las respuestas volvieron a los niveles iniciales en QKO. La disminución de la pv gracias a reducir la concentración de calcio recuperó la potenciación en los QKO. Incluso vimos como incrementar la pv gracias a aumentar el calcio en las sinapsis de ratones control provocaba la misma oclusión en la potenciación. Esto aclara que la elevada pv de las sinapsis en QKO es la causante de la oclusión en la potenciación. El mecanismo subyacente se mantiene intacto y la familia de Sinaptofisinas no juega un papel esencial.

La generalidad de este fenómeno en los QKO necesitaba ser comprobada, por lo que la plasticidad a corto plazo fue estudiada. La potenciación a corto plazo eleva la pv, pero como los QKO ya la tienen incrementada, esta no podía elevarse tanto como en los ratones control. Sin embargo, el fenotipo fue rescatado de nuevo gracias a reducir la concentración de calcio en las preparaciones. En conjunto, estos resultados señalan a la pv como el factor responsable de las modificaciones en la respuesta sináptica consecuentes de la plasticidad a corto y largo plazo. Además, podemos decir que el límite en el crecimiento de la pv es compartido entre los QKO y la plasticidad a largo plazo