Synaptisches Vesikel

In den synaptischen Endknöpfchen der Neuronen sind etwa 200-500 synaptische Vesikel vorhanden. Einige sind bereits direkt an die präsynaptische Membran angelagert. In Synapsen, die an den motorischen Endplatten der Muskeln anliegen, kann die Zahl deutlich höher sein.^[1]

Synaptische Vesikel sind kleine sekretorische Vesikel mit einem mittleren Durchmesser von etwa 40 nm. Die Membran der synaptischen Vesikel enthält spezifische Proteine, die einerseits die Aufnahme von Neurotransmittern ermöglichen und andererseits den Transport und die Exozytose vermitteln können. Im Vergleich zu anderen Vesikeln besitzen sie einen sehr hohen Proteinanteil von 60% der Vesikelmasse. Die komplette Oberfläche des Vesikel scheint mit ca. 600 Proteinen bedeckt zu sein. Das häufigste mit über 70 Kopien ist das SNARE-Protein Synaptobrevin, das für die Membranfusion verantwortlich ist.^[2]

Biogenese

Die Vorstufe der synaptischen Vesikel entsteht als Abschnürung aus dem Golgi-Apparat. Diese enthalten bereits zahlreiche Membranproteine, Transporter und Cholesterin. Die Vesikel werden vermutlich durch das endosomale System weiter prozessiert, jedoch ist dieser Mechanismus noch nicht vollständig geklärt.^[3]

Transport

Die Vorstufen der synaptischen Vesikel müssen über das Axon aktiv durch Motorproteine zum synaptischen Endknöpfchen transportiert werden. Zu diesem Zeitpunkt sind die synaptischen Vesikel noch sehr heterogen. Daher erfolgt der Transport über verschiedene Motorproteine. Diese binden u.a. an die Proteine Rab3 oder Liprin-α. Die vollständige Reifung findet erst im synaptischen Endknöpfchen statt.

Beladung

Die Beladung des fertigen synaptischen Vesikels mit dem Neurotransmitter erfolgt über entsprechende Transporter. Im Falle von Acetylcholin geschieht dies als Antiport im Austausch gegen zwei Protonen, die durch die Protonenpumpe V-ATPase zur Verfügung gestellt werden.

Anlagerung

Das Vesikel lagert sich mittels Rab3 an der präsynaptischen Membran in der Nähe von spannungsgesteuerten Kalziumkanälen an. In diesem Zustand ist das Vesikel für eine schnelle Exozytose geladen (Englisch: "primed"). Dieser Bereich wird auch als aktive Zone bezeichnet.^[1]

Freisetzung

Durch ein Aktionspotential kommt es zum Einstrom von Kalziumionen durch die Kalziumkanäle. Dies löst die vollständige Fusion des synaptischen Vesikels mit der präsynaptischen Membran aus. An der Membranverschmelzung sind vor allem die SNARE-Proteine Synaptobrevin, Syntaxin und SNAP-25 beteiligt. Diese bilden eine verdrillte Struktur, die schließlich zur Fusion der Plasmamembran fürt. Die Neurotransmitter werden dann in den synaptischen Spalt abgegeben.

Recycling

Der ursprüngliche Syntheseort der synaptischen Vesikel kann sehr weit vom synaptischen Endknöpfchen entfernt sein. Dies würde keine schnelle erneute Neurotransmitterausschüttung erlauben. Die präsynaptische Membran besitzt aber einen Recyclingmechanismus, mit dem sich der fusionierte Bereich wieder zu einem synaptischen Vesikel abschnüren kann. Dieser kann nun erneut Neurotransmitter aufnehmen und stehen dem Neuron zur Verfügung. Ein Recyclingzyklus dauert nur ca. 60 Sekunden. Trotz der zahlreichen Zyklen der Endozytose und Exozytose zeigen die synaptischen Vesikel große Homogenität.

siehe auch: Synapse