Cano R, Tabares L. The Active and Periactive Zone Organization and the Functional Properties of Small and Large Synapses. Front Synaptic Neurosci. 2016 May 24;8:12. doi: 10.3389/fnsyn.2016.00012. PMID: 27252645; PMCID: PMC4877509.

Resumen:

La llegada de un potencial de acción (PA) a un terminal sináptico provoca la liberación de quanta altamente sincronizada. Los PA repetitivos generan fusiones sucesivas de vesículas sinápticas (VS) que requieren gestionar los componentes de las VS gastadas en la membrana presináptica con el mínimo impacto en el aparato secretor. Para este fin, la maquinaria sináptica está estructurada de acuerdo con la fuerza y el rango de frecuencias en los que opera cada sinapsis en particular. Esto da lugar a variaciones en el número y las dimensiones de las Zonas Activas (AZs), la cantidad y distribución de las VS y, probablemente, en los mecanismos endocíticos primarios que emplean.

Comprender mejor cómo estas diferencias estructurales determinan la respuesta funcional en cada caso ha sido un tema de interés a largo plazo. En este trabajo, revisamos las propiedades estructurales y funcionales de tres tipos distintos de sinapsis: la unión neuromuscular (UNM; una sinapsis gigante y altamente confiable que debe exocitar un gran número de quanta con cada estímulo para garantizar la excitación de la célula postsináptica), la pequeña sinapsis excitatoria del hipocampo (que generalmente tiene un único sitio de liberación y una reserva relativamente pequeña de vesículas) y la sinapsis fibra musgosa-célula granular del cerebelo (que posee cientos de sitios de liberación y es capaz de translocar, anclar y preparar vesículas a gran velocidad).

Nos centraremos en cómo se organiza el aparato de liberación en cada caso, la cantidad relativa de membrana vesicular que debe ser acomodada dentro de la periAZ durante la estimulación, los diferentes mecanismos para recuperar el exceso de membrana y, finalmente, cómo estos factores pueden influir en el funcionamiento de los sitios de liberación.

Abstract:

The arrival of an action potential (AP) at a synaptic terminal elicits highly synchronized quanta release. Repetitive APs produce successive synaptic vesicle (SV) fusions that require management of spent SV components in the presynaptic membrane with minimum disturbance of the secretory apparatus. To this end, the synaptic machinery is structured accordingly to the strength and the range of frequencies at which each particular synapse operates. This results in variations in the number and dimension of Active Zones (AZs), amount and distribution of SVs, and probably, in the primary endocytic mechanisms they use. Understanding better how these structural differences determine the functional response in each case has been a matter of long-term interest. Here we review the structural and functional properties of three distinct types of synapses: the neuromuscular junction (NMJ; a giant, highly reliable synapse that must exocytose a large number of quanta with each stimulus to guarantee excitation of the postsynaptic cell), the hippocampal excitatory small synapse (which most often has a single release site and a relatively small pool of vesicles), and the cerebellar mossy fiber-granule cell synapse (which possesses hundreds of release sites and is able to translocate, dock and prime vesicles at high speed). We will focus on how the release apparatus is organized in each case, the relative amount of vesicular membrane that needs to be accommodated within the periAZ upon stimulation, the different mechanisms for retrieving the excess of membrane and finally, how these factors may influence the functioning of the release sites.