La liberación de calcio de los depósitos intracelulares promueve la secreción de serotonina en terminales sinápticas / Calcium release from intracellular stores promotes serotonin secretion at synaptic terminals

En este trabajo se estudió la participación que tiene la liberación de calcio del retículo endoplásmico en la liberación de serotonina en terminales sinápticas. Los experimentos se llevaron a cabo en sinapsis formadas en cultivo entre neuronas serotonérgicas de Retzius y neuronas mecanosensoriales sensibles a presión, aisladas del Sistema Nervioso Central de la sanguijuela. En esta preparación la estimulación con pares de impulsos produjo facilitación sináptica. La estabilización de los receptores de rianodina en un estado de sub-conductancia por la incubación con rianodina 100 μM produjo un alargamiento del potencial sináptico en respuesta a impulsos presinápticos, sugiriendo que el calcio liberado por estos canales puede alcanzar las vesículas y promover la secreción. En contraste, el vaciamiento de los depósitos intracelulares de calcio con tapsigargina 500 nM produjo una disminución gradual de la facilitación sináptica ante impulsos presinápticos pareados y abolió la liberación extrasináptica en el axón neuronal en respuesta a trenes de impulsos. Todo esto ocurrió sin cambios en las propiedades de la membrana postsináptica, lo cual sugiere que la liberación de calcio intracelular participa en un mecanismo de retroalimentación positiva que promueve la liberación presináptica y perisináptica en las neuronas serotonérgicas.

This work analyses the role of intracellular calcium pools in serotonin release from nerve terminals. Experiments were carried out in synapses formed in culture between serotonergic Retzius neurones and pressure mechanosensory neurons, isolated from the Central Nervous System of the leech. In this configuration, serotonin is released from clear vesicles at synapses or from extrasynaptic dense core vesicles. Locking ryanodine receptors in a subconductance state by incubation with 100 μM ryanodine caused an elongation of the synaptic potential in response to a presynaptic action potential or to trains of them, suggesting that calcium released from the endoplasmic reticulum through these channels reaches the synaptic vesicles and may promote their fusion with the plasma membrane. By contrast, depletion of intracellular calcium pools by incubation with 500 nM thapsigargin gradually decreased paired-pulse synaptic facilitation and abolished extrasynaptic axonal serotonin release in response to trains of impulses. All this occurred without changes in the properties of the postsynaptic membrane, indicating that intracellular calcium release participates in a feedback mechanism that enhances presynaptic and perisynaptic release in serotonergic neurons.

Regulación de la liberación de serotonina en distintos compartimientos neuronales / Regulation of serotonin release from different neuronal compartments

Serotonin is fundamental for the modulation of social behavior, emotions and a wide variety of physiological functions. The functions of serotonergic systems have been highly conserved along the evolutionary scale and in general small numbers of neurons innervate virtually all the nervous system, and exert multiple effects depending on the site of release. Synaptic pools produce fast and local effects, while extrasynaptic pools in the soma, dendrites, axons and the periphery of synapses produce diffuse effects, characteristic of mood modulation. Serotonin release from synaptic terminals is produced by exocytosis of small clear vesicles and is activated by single or low-frequency impulses, while increases in the stimulation frequency produce synaptic facilitation and depression. In contrast, release from the soma is produced by exocytosis of dense-cored vesicles and requires stimulation at high frequencies, the activation of L-type calcium channels and calcium-induced calcium release from intracellular stores. Serotonin released from the presynaptic terminals immediately activates auto-receptors in the same terminals, locally decreasing the subsequent excitability, firing frequency and release. Differential regulation of serotonin release in different cell compartments allows the same neuron to produce different types of effects depending on the firing rate.

La serotonina es fundamental para la modulación de la conducta social, las emociones y una gran cantidad de funciones fisiológicas. La función de los sistemas serotonérgicos se ha conservado a lo largo de la escala evolutiva y, en general, números pequeños de neuronas inervan prácticamente todo el Sistema Nervioso. Estas neuronas son capaces de ejercer múltiples efectos, dependiendo de si liberan serotonina de pozas sinápticas, que ejercen efectos rápidos y locales o de pozas extrasinápticas en la periferia de las sinapsis, el axon, el cuerpo celular o las dendritas, con lo que se producen efectos lentos y difusos, característicos de los estados de ánimo. La liberación de serotonina en las terminales sinápticas es producida por la exocitosis de vesículas claras pequeñas y se activa con impulsos sencillos o a baja frecuencia. La estimulación con trenes de impulsos a frecuencias crecientes produce facilitación y depresión sináptica. En contraste, la liberación a partir del soma es producida por la exocitosis de vesículas de núcleo denso y requiere de la estimulación a frecuencias altas, la activación de canales de calcio tipo L y de la liberación de calcio de los depositos intracelulares. La serotonina liberada por las terminales sinápticas activa de manera inmediata autorreceptores en las propias terminales que la liberaron, disminuyendo la excitabilidad subsiguiente y, por lo tanto, la frecuencia de disparo y la liberación de manera localizada. La regulación diferencial de la liberación en cada compartimiento celular permite que la misma neurona produzca diferentes tipos de efectos dependiendo de la frecuencia de disparo.