Apresentaçãoglutamato2016

Glutamato:
A glutamina serve como precursora para a
síntese de glutamato e aspartato
Glutamate is a ubiquitary substance present in
most kinds of food and during metabolism:
Os sabores básicos: Características ecológicas
e importância funcional
Têm cinco propriedades básicas do paladar (sabores):
amargo, ácido, salgado, doce e “umami” (= glutamato monossódico
em particular e aminoácidos em geral).
Amargo = evitar de ingerir substâncias tóxicas.
Doce = indica alimentos com um alto valor nutricional.
Ácido = evitar a ingestão de alimentos excessivamente ácidos como
frutas imaturas que podem danificar a mucosa do estomago.
Salgado = manter a homeostasia de íons e água.
Umami = indica proteínas que são constituídas de aminoácidos e
estes, além de ter um alto valor nutricional possuem um sabor
agradável (“umami”).
Glutamate is undoubtedly the most prevalent neurotransmitter
in the brain. This amino acid is probably being used as a
signaling substance in a majority of synapses, alone or along
with neuropeptides or other neuroactive compounds that colocalize with glutamate.
O neuropeptídeo substância P é usado como co-neurotransmissor
junto com o glutamato nos terminais das neurônios da primeira
ordem nas vias de dor.
The excitatory effect of Glu was first recognized in the early 1950s, by
Hayashi (1954) and later by Curtis e Watkins (1960), but it took a long
time until Glu was generally accepted as a neurotransmitter. Notably,
the high concentrations and relatively even distribution of Glu among
brain regions were dificult to reconcile with a transmitter role.
By the mid-1980s, Glu largely fullfilled the four main criteria for
classification as a neurotransmitter:
presynaptic localization,
release by physiological stimuli,
identical action with naturally occuring transmitter,
and mechanisms for rapid termination of transmitter
action.
Introduction of the postembedding immunogold technique to
amino acid immunocytochemistry (Somogyi & Hodgson, 1985)
made it possible to analyze the distribution of Glu at a quantitative
level. This helped distinguish transmitter Glu from other pools of
Glu.
Later investigations have strengthened a neurotransmitter role
for Glu by demonstrating an ATP-dependent selective transport
of Glu into purified synaptic vesicles. Hovever, the molecular
basis for vesicular accumulation of Glu was long unknown
Vesicular glutamate transporters:
The discovery of a family of vesicular glutamate transporters
(VGLUTs, Bellochino et al., 2000) has opened new possibilities
for the identification of glutamatergic neurons. Antibodies to
these transporters have provided selective labeling of vesicle
clusters in well-characterized glutamatergic pathways:
Till yet 3 VGLUT isoforms have been discovered:
VGLUT1, VGLUT2, and VGLUT3
The three different VGLUTs show a site specific expression in the brain:
VGLUT1 – predominant expression in the cortex
VGLUT2 – predominant expression in subcortical structures
VGLUT3 – scattered expression in GABergic, serotonergic, and cholinergic
neurons
V-GluT and electronmicroscopy
From Brinschwitz et al., (2010)
Hybridizations with 35S-radiolabeled VGLUT2 probe
combined with immunhistochemical detection of CTb
Co-localização de VGLUTs com outros neurotransmissores
VGLUT3 is expressed in nuclei traditionally known to be non-glutamatergic:
VGLUT3 is co-localized with serotonin in distinct dorsal raphe subnuclei:
Composição de populações neuronais marcados VGLUT3+/5-HT+, VGLUT3+/5-HT- ou
VGLUT3-/5-HT+ nas respectivas subdivisões do DR.
Fenótipo
neuroquímico
VGLUT3+/
Frequência
5-HT+
relativa de
VGLUT3+/
neurônios
5-HT-
DRDC
DRDSh
DRDCe
DRV
DRL/ PDR
DRC
55,9%
(n=105)
43,5%
(n=143)
25,6%
(n=117)
51,0%
(n=526)
45,3%
(n=309)
60,8%
(n=479)
35,4%
(n=67)
44,8%
(n=152)
68,2%
(n=297)
38,4%
(n=393)
39,6%
(n=270)
32,1%
(n=256)
8,7%
(n=17)
11,8%
(n=34)
6,2%
(n=20)
10,6%
(n=104)
15,1%
(n=103)
7,2%
(n=57)
marcados
VGLUT3-/
5-HT+
Abreviaturas: DRDc, região 'core' da parte dorsal do DR; DRDCe, região central da parte dorsal do DR; DRDSh, região 'shell'
da parte dorsal do DR; DRL, ala lateral do DR; DRV, parte ventral do DR; PDR, núcleo póstero-dorsal da rafe
Principais vias glutamatérgicas:
Cortico-corticais:
Tálamo-corticais:
Córtico-tálamicos:
Cortico-estriatais:
Principais vias glutamatérgicas:
Todas as conexões cortico-corticais são glutamatérgicas:
Os principais vias sensoriais são glutamatérgicas:
Vias Auditivas:
1. Células ciliadas
da cóclea
2. Núcleos cocleares
3. Núcleo olivar superior
4. Lemnisco lateral
5. Colículo inferior
6. Núcleo geniculado
medial do tálamo
7. Córtex auditivo
primário
Papel das células de Glia na alimentação dos neurônios:
Reciclagem do glutamato pelas células gliais:
Receptores de Glutamato:
Classificação dos receptores de glutamato:
RECEPTORES DE NEUROTRANSMISSORES:
COOH
NH2
Extracelular
Intracelular
TM1
TM2
TM3
TM4
A composição das subunidades muda durante o desenvolvimento e
consequente de processos de neuroplasticidade:
From: Paoletti et al. (2013)
A composição das subunidades determina as cinéticas do receptor e
influencia por exemplo as cinéticas de desativação do glutamato:
From: Paoletti et al. (2013)
Synapse proteins are involved in the anchoring and
trafficking of neurotransmitter receptors:
AMPA receptors
• GluR1, GluR2, GluR3, GluR4
• AMPA receptors mediate fast
synaptic transmission in the
CNS
• All AMPA receptor subunits
exist as two splice variants, flip
and flop. The alternative splice
cassette is found at the Cterminal end of the loop
between TMIII and TMIV.
Although the change in the
receptor subunits is small (only
a few amino acids are
changed), the effect can be
quite dramatic, resulting in
altered
desensitisation
kinetics.
(Kemp & James, 2005)
GluR2 and its critical role in
determination of the permeabilty of
heteromeric receptor to CA2+
• Native AMPA receptor channels are impermeable to
calcium, a function controlled by the GluR2 subunit.
The calcium permeability of the GluR2 subunit is
determined by the post-transcriptional editing of the
GluR2 mRNA, which changes a single amino-acid in
the TMII region from glutamine (Q) to arginine (R).
This is the so called Q/R editing site - GluR2(Q) is
calcium permeable whilst GluR2(R) is not. Almost all
the GluR2 protein expressed in the CNS is in the
GluR2(R) form, giving rise to calcium impermeable
AMPA receptors. This, along with the interactions
with other intracellular proteins, makes GluR2
perhaps the most important AMPA receptor subunit.
(Kemp & James, 2005)
Marcadores do sistema glutamatérgico:
Entre todas as subunidades dos receptores do tipo AMPA, as
subunidades GluR2/3 são as mais densamente distribuídas no
PFCm.
A duplo-marcação para GluR2/3 e NeuN mostrou que os
neurônios GluR2/3+ são fortemente expressas nas camadas II e
nas partes superiorioes das camadas III e V.
A subunidade GluR2 mostrou distribuição similar á das subunidades
GluR2/3 e foi expressa em cerca 90% de todos os neurônios do PFC.
All
DARPP-32+
neurons in the medial
PFC also express the
AMPA-type
receptor
subunit GluR2/3
Todos os neurônios NMDAR1+ no PFCm também expressaram as
subunidades GluR2/3 do receptor do tipo AMPA.
The AMPA-type glutamate receptor subunit GluR2/3 is often colocalized with the kainate-type receptor subunits GluR5/6/7
As subunidades GluR2/3 não são expressas em interneurônios Parv+ do
PFCm
A subunidade GluR1 foi esparsamente expressa no mPFC. A maioria das
células GluR1+ exibiu uma morfologia de interneurônios.
Entre todas as subunidades dos receptores de Glu do tipo
AMPA, a subunidade GluR4 se mostrou a menos expressa no
PFCm. A maioria das células GluR4+ foram células
multipolares.
A maioria dos neurônios GluR1+ e GluR4+ são imunopositivos
para marcadores GABAérgicos:
Receptores de Glu do tipo AMPA são responsáveis pela
neurotransmissão básica (iniciação dos potenciais de
ação).
Receptores de Glu do tipo NMDA são responsáveis pela
iniciação de processos de neuroplasticidade.
Paradigma da potenciação a longo-prazo - LTP:
O paradigma da LTP consiste em breves estimulações elétricos por
15-30 minutos, para assegurar que a linha de base seja estável, seguidos
por um forte estimulo tetânico, que é uma breve seqüência de estímulos
de alta freqüência. Normalmente, este tétano induz a LTP e estimulações
subseqüentes evocam um PEPS ( potencial excitatório pós-sinaptico) Que
é muito major que antes da LTP
Fig. 1. Model for the induction of LTP. During normal synaptic transmission, glutamate
(Glu) is released from the presynaptic bouton and acts on both AMPA receptors
(AMPARs) and NMDA receptors (NMDARs). However, Na+ flows only through the
AMPA receptor, but not the NMDA receptor, because Mg2+ blocks the channel of the
NMDA receptor. Depolarization of the postsynaptic cell relieves the Mg2+ block of the
NMDA receptor channel, allowing Na+ and Ca2+ to flow into the dendritic spine by
means of the NMDA receptor. The resultant rise in Ca2+ within the dendritic spine is the
critical trigger for LTP.