The Endomembrane System of Neurons

This is a first draft which has not been edited. If you have questions, or want to help in the writing or editing process, please contact the author: jimhutchins@weber.edu

Exocytosis in Neurons

Exocytosis in neurons takes on a critical role because most neurons communicate with each other using chemical extracellular signals called neurotransmitters.

Proteins are made in a macromolecular machine called a ribosome. Ribosomes stitch together amino acids, the monomers of proteins, using the messenger RNA code as a template. The details of this process are explained elsewhere.

Proteins for export or proteins that will be expressed on the cell surface (such as pumps, channels, or neurotransmitter receptors) are made in the rough endoplasmic reticulum (rough ER), an organelle consisting of ribosomes attached to the endomembrane system.  Protein modification then begins.

First, proteins travel into the ER-Golgi intermediate complex (ERGIC). Vesicles containing proteins bud off of the rough endoplasmic reticulum and take on an outer layer (coat) of coat protein complex II (COPII). These vesicles then fuse to form the cis face of the Golgi.

(The Golgi apparatus, also called the Golgi complex, forms at the cis face and breaks apart at the trans face. These faces are named for their relationship to the ER, with the cis face closer to the ER and the trans face further away.)

When there is a need to move proteins in the opposite direction, from the cis face of the Golgi to the rough ER, they are coated with coat protein complex Ia.

• Carbohydrate Synthesis Stage: A transition occurs when a cis cisterna loses the ability to receive COPII vesicles while acquiring the ability to receive glycosylation enzymes and sugar nucleotide transporters in COPIb vesicles. These processes convert the cis cisterna into a medial cisterna. Medial cisternae mature into trans cisternae. Both medial and trans cisternae are involved in carbohydrate synthesis, with early-acting enzymes concentrated in medial cisternae and late-acting enzymes in trans cisternae. Cisternae at the carbohydrate synthesis stage exchange material with one another via COPIb vesicles.
• Carrier Formation Stage: A transition occurs when a trans cisterna loses the ability to receive COPIb vesicles, and subsequently loses the ability to produce COPIb vesicles while acquiring the ability to produce clathrin-coated vesicles. The timing of secretory vesicle formation and the ultimate fate of carrier formation cisternae are still poorly understood. ER membranes attached to trans and/or TGN cisternae probably function in direct lipid transfer between the organelles (Hanada et al. 2009). This diagram depicts the mammalian TGN as the last cisterna in the stack.

Regulated and Constitutive Secretion in Neurons

Pellentesque sed venenatis purus. Ut ullamcorper, dolor ut lobortis condimentum, turpis lectus porta ipsum, vel mattis felis sem vitae turpis. Donec aliquam non nisi sagittis ultricies. Duis pretium dictum metus et scelerisque. Duis eu urna iaculis nisl eleifend cursus a quis augue. Proin vel massa purus. Interdum et malesuada fames ac ante ipsum primis in faucibus. Phasellus fermentum est at enim auctor tristique. Curabitur vel efficitur metus. Quisque quis turpis augue. Ut vel erat erat. Fusce quis malesuada sapien, et tincidunt neque. In diam tellus, vulputate vel auctor eu, vestibulum in mauris. Sed et velit orci. Mauris facilisis tellus a placerat finibus. Nullam scelerisque, velit eget blandit mollis, eros erat dignissim arcu, eu luctus dui mi id est.

Vesicular Release of Neurotransmitters

Nullam sit amet mi id urna scelerisque eleifend. Pellentesque finibus ipsum vel ullamcorper molestie. Integer malesuada dolor ut elementum dapibus. Proin aliquet turpis ut mauris placerat, commodo mollis nibh maximus. Donec tincidunt ut neque molestie posuere. Curabitur vitae purus risus. Suspendisse id metus ultricies, bibendum mi a, commodo orci. Suspendisse at lectus iaculis, fermentum lorem non, ultrices tortor.

Suspendisse et commodo erat. Nulla ipsum arcu, pellentesque et ex at, aliquam elementum enim. Aenean pulvinar id purus eget auctor. Donec vitae sagittis quam, id cursus neque. Nam interdum dignissim dignissim. Nulla euismod in lorem vitae semper. Vivamus metus arcu, feugiat vel erat cursus, vulputate efficitur enim.

Ut bibendum dui sed felis auctor, eleifend semper felis sagittis. Aliquam tristique congue rutrum. Duis a elementum ligula. Ut posuere volutpat lorem et porta. Sed placerat elementum dolor quis porttitor. Pellentesque quis blandit quam. Nunc sodales ipsum ac metus consectetur rhoncus. Aliquam erat volutpat. Suspendisse felis arcu, eleifend vitae convallis non, tristique vitae dui. Nullam semper odio sed sollicitudin vestibulum. Fusce vulputate, augue et condimentum tincidunt, lectus nisl suscipit felis, ut posuere orci lacus molestie nisi. Vivamus nibh est, efficitur eu ultrices ultricies, luctus ut augue. Donec consequat lectus eu molestie fermentum.

Endocytosis in Neurons

Sed quis libero ut ex luctus dapibus. Donec nisl leo, cursus sagittis nisl non, bibendum placerat dui. Cras ut nulla ac nulla condimentum tempus quis ut mi. Maecenas eros eros, finibus vitae lacinia ac, sagittis sit amet turpis. Suspendisse iaculis laoreet ultrices. Praesent sollicitudin quis nunc et semper. Donec eros elit, posuere id sodales vitae, vulputate at erat. Morbi venenatis condimentum varius. Cras vitae augue varius, mollis sem in, facilisis tortor.

Curabitur luctus tempor laoreet. Donec sed libero quis ante hendrerit accumsan eu nec tellus. Aliquam erat volutpat. Nam at sapien enim. Maecenas interdum urna sit amet tempus posuere. Sed sem justo, porta vel urna a, dictum dignissim magna. Maecenas varius feugiat elit id sagittis. Nam fringilla viverra turpis eget viverra. Ut quis rhoncus leo. Donec fermentum ultricies ligula, eget dictum velit finibus in. In hac habitasse platea dictumst. Aenean commodo sollicitudin nibh vel blandit. Aenean rhoncus, risus vitae sollicitudin sodales, ligula elit aliquam ligula, ac viverra sapien nisl sit amet turpis. Proin sagittis, nulla sed porta pretium, sem purus consequat sem, quis auctor magna sapien et diam.

Pellentesque habitant morbi tristique senectus et netus et malesuada fames ac turpis egestas. Suspendisse id mauris id nisi iaculis imperdiet. Pellentesque in lacus eros. Nunc bibendum, lacus quis lacinia commodo, nibh nisi porttitor ligula, id blandit odio nunc sit amet metus. Vivamus sit amet quam vitae lectus dictum iaculis ut id ipsum. Ut non ex id nisi pulvinar tincidunt. Aenean quis massa sagittis risus efficitur vulputate. Curabitur tincidunt, est sed congue laoreet, neque enim auctor metus, in euismod tortor quam sit amet nunc. Donec feugiat porttitor sem vel interdum. Cras commodo laoreet urna non elementum. Fusce in risus vulputate, sodales ligula sed, porttitor purus. Integer aliquet in velit vel fringilla.

Morbi a felis convallis, hendrerit felis a, auctor justo. Pellentesque velit sem, luctus vitae ipsum vitae, sollicitudin pellentesque est. In dui ipsum, lacinia eu fermentum sed, mollis vel lorem. Nam porta tincidunt risus, non ultricies risus pellentesque id. Nulla porttitor nunc sit amet aliquam tincidunt. Etiam pharetra eget lorem id aliquam. Curabitur dignissim purus purus, quis placerat nunc dapibus at. Ut mattis, arcu quis maximus sodales, justo nunc dictum leo, quis facilisis dolor orci ac urna. Sed quis neque augue. In id mauris sed erat porta congue vel et dolor. Aenean nec justo suscipit, cursus lectus eget, accumsan eros. Nam sollicitudin, erat vitae finibus volutpat, mi ligula imperdiet nibh, at vulputate erat tellus rhoncus tellus. Integer dui augue, lacinia aliquam quam vel, sodales commodo ante.

In in justo ex. Aenean viverra aliquam odio, quis tempus odio elementum et. Etiam vitae nunc ut lacus vestibulum consequat eu ut eros. Sed ullamcorper arcu in magna pretium, vitae venenatis lacus luctus. Sed quis ullamcorper metus. Fusce ligula nisl, varius sit amet eros non, mollis facilisis quam. Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipiscing elit. Quisque aliquam lacus ut mauris laoreet posuere.

Suspendisse potenti. Aenean at maximus arcu. Sed pulvinar sem feugiat quam varius, ut semper augue mattis. Aenean porttitor massa erat, id vulputate sem suscipit eget. Nam rhoncus feugiat nunc non rutrum. Nam augue felis, imperdiet in dignissim et, porta in urna. Phasellus egestas, purus a congue fringilla, quam ex iaculis urna, sed pharetra risus dui vel lorem. Morbi congue accumsan tempor. Duis interdum volutpat mauris, at malesuada libero molestie nec. Phasellus auctor dolor in ex pulvinar placerat. Mauris eu lacus eu tortor dapibus laoreet. Ut quis dictum mauris. Nunc et auctor est. Fusce varius vestibulum mattis.

Nulla elit odio, vulputate non laoreet scelerisque, dapibus quis urna. Praesent consequat tincidunt erat id ultrices. Etiam ut pulvinar nisi, et hendrerit nisl. Nulla id aliquet est, vel bibendum odio. Nullam dignissim viverra nisl, nec ultrices urna faucibus eu. Cras porta lacinia mi, ut ullamcorper leo venenatis et. Pellentesque vestibulum sed elit ut auctor. Aenean tincidunt elit id lorem molestie dignissim. Mauris fermentum lacus eget sodales tincidunt. Suspendisse in lobortis lacus, quis tempor sapien. Fusce varius diam pulvinar, congue dui et, commodo quam. Curabitur suscipit posuere dolor, laoreet tristique mi eleifend ut. Sed facilisis tincidunt leo, vitae luctus quam luctus at.

Quisque egestas, purus eu luctus malesuada, dui mauris bibendum nunc, sit amet ullamcorper eros tellus ut enim. Quisque mattis sem dolor, non laoreet dui iaculis et. Nunc fringilla condimentum tempor. Pellentesque habitant morbi tristique senectus et netus et malesuada fames ac turpis egestas. In dictum lacus eu risus laoreet blandit. Integer finibus sollicitudin felis ut ullamcorper. Morbi dignissim, diam id porttitor ornare, libero odio eleifend metus, sit amet viverra neque purus sed nunc. Nullam egestas egestas commodo. Integer varius, ante ultrices finibus sollicitudin, arcu neque pellentesque ipsum, et convallis ex magna vel orci.

Donec auctor mauris urna. Suspendisse aliquet metus et libero tempus, vitae rhoncus ipsum fermentum. Fusce consectetur tincidunt augue id semper. Vestibulum consequat, arcu at mattis mollis, enim lacus malesuada nunc, aliquam lacinia velit neque ac sapien. Donec tristique pharetra ligula, at rhoncus odio. Integer sem sem, vulputate at posuere quis, pellentesque eget sem. Sed nec dolor vel mi aliquam tristique. Aenean id sapien nunc. Phasellus et tempus velit. Nulla hendrerit posuere nibh, et sagittis ipsum pretium ac.

Nullam commodo velit eget enim sollicitudin euismod vestibulum vitae massa. Duis hendrerit tellus eu accumsan accumsan. Aliquam at est feugiat, sollicitudin tellus nec, vestibulum est. Vestibulum fermentum, lacus sit amet congue dapibus, augue augue finibus sapien, a euismod nisi dui at lacus. Aliquam eget rhoncus dui, id gravida enim. Sed sollicitudin hendrerit pulvinar. Mauris sit amet laoreet elit. Sed ut rhoncus erat. Vivamus dapibus viverra tortor eget suscipit. Morbi elementum, nisl sit amet mollis commodo, quam turpis aliquam massa, ut fermentum ipsum lectus et sapien. Aliquam odio ipsum, sollicitudin lobortis semper vitae, pharetra at odio. Donec et eleifend est. Vestibulum aliquet sem eu nisl pretium, sed malesuada ex efficitur. Nullam sed erat ut erat ultrices elementum.

Quisque elit neque, laoreet nec aliquam nec, vehicula et sem. Etiam condimentum magna eu mi maximus gravida. Maecenas dictum, leo ut mollis faucibus, nisi justo feugiat risus, at feugiat risus dolor eget dolor. Nam lectus lorem, elementum eget ipsum ut, accumsan vestibulum risus. Fusce accumsan viverra risus, ac scelerisque velit fermentum ac. Aliquam erat volutpat. Praesent eget ligula vitae ligula vulputate laoreet. Nulla ut nulla elit. Cras aliquam ex in ullamcorper porta.

Maecenas id rhoncus magna. Cras vel dui vitae elit pretium tempor vel lobortis elit. Sed a maximus justo. Praesent bibendum consectetur tincidunt. Morbi suscipit iaculis lorem eu vehicula. Maecenas fringilla tempus turpis vitae convallis. Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipiscing elit. Donec cursus dictum sagittis. Aliquam sed tristique nunc, eu ullamcorper neque.

Phasellus commodo mauris ac risus suscipit, at feugiat lectus ultricies. Nulla non leo leo. Mauris commodo malesuada elementum. Mauris et mollis neque. Vivamus venenatis facilisis eros et elementum. Praesent dictum cursus consequat. Quisque ac lorem non massa placerat condimentum nec sodales ex. Sed rutrum nisi nec fermentum egestas. Donec sodales turpis ac metus dapibus, id tincidunt tortor scelerisque. Quisque bibendum ligula et erat viverra sollicitudin. Nulla vehicula facilisis arcu ut sodales. Proin vitae commodo risus.

Praesent blandit egestas ipsum non dictum. Donec tempor aliquet ligula, eu auctor lacus. Etiam vestibulum accumsan nulla, sed commodo eros. Phasellus non felis sodales, consequat libero sed, hendrerit diam. Donec luctus lobortis quam non fermentum. Ut pulvinar turpis ut augue gravida feugiat sagittis mollis nibh. Nam non tellus at felis lacinia egestas sed a sem. Suspendisse porttitor tincidunt leo at interdum. Vestibulum eu hendrerit dui. Proin egestas orci nec tellus posuere ullamcorper.

Quisque eleifend, sapien euismod semper efficitur, orci justo sodales mauris, nec venenatis odio lorem viverra orci. Proin nulla quam, hendrerit non eros eu, commodo scelerisque eros. Curabitur eu enim rutrum augue lacinia rutrum sit amet sed felis. Nulla in nibh sit amet lorem fringilla dictum at eget risus. Nullam at consectetur dolor. Sed id ornare arcu, ac tempor sem. Nam a pharetra sapien, viverra pharetra purus. Cras eu ex ligula. Donec placerat facilisis convallis. Phasellus pharetra purus vitae magna sodales consectetur. Ut bibendum mauris ac maximus porta. Suspendisse euismod eget felis eu euismod. Ut nunc mauris, imperdiet vitae turpis id, varius efficitur justo.

Pellentesque egestas, metus placerat commodo dapibus, arcu sapien ultrices mauris, in viverra magna massa eu turpis. Proin purus tortor, congue vel ultrices et, ornare vitae magna. Praesent mattis suscipit fringilla. Ut sed scelerisque ipsum. Cras at orci sit amet elit iaculis posuere. In ullamcorper odio in dolor dictum facilisis. Proin dictum porttitor dapibus. Donec eros massa, suscipit eget fermentum non, maximus in elit. Aenean ante felis, pretium at leo non, vehicula pretium nulla. Fusce orci sem, pharetra eu mattis ut, laoreet sed dui. Sed malesuada volutpat arcu, at euismod libero gravida vel. Phasellus convallis consectetur lorem, a accumsan mi rutrum eu. Donec viverra ultricies malesuada. Vestibulum ante ipsum primis in faucibus orci luctus et ultrices posuere cubilia curae;

Pellentesque in eleifend nulla, non vehicula dolor. Sed fringilla aliquam fermentum. Ut at vestibulum neque, eget ornare nunc. Nulla ut ultrices est. Vestibulum sed massa rhoncus, tincidunt urna at, blandit enim. Vestibulum vitae pulvinar lacus. Maecenas ligula ex, euismod non ex eget, interdum molestie velit. Vivamus lacinia leo sit amet enim efficitur, interdum dapibus diam tempus. Suspendisse id sagittis urna. Sed condimentum quis massa id suscipit. Nunc suscipit, diam in efficitur malesuada, leo nisl interdum mi, ac scelerisque sem augue eget ex. Praesent viverra maximus metus eget mattis.

Pellentesque et fermentum justo, quis tincidunt nunc. Nulla facilisi. Vestibulum auctor lobortis magna, ut egestas lectus vestibulum eu. Nullam eget dui a tellus congue eleifend. Nunc sed condimentum eros, id ultrices elit. Suspendisse euismod consequat semper. Fusce id finibus nunc. Praesent fringilla venenatis felis. Vestibulum ac enim vitae nulla tincidunt aliquam cursus ut massa. Nam ac purus sed mauris pulvinar varius. Quisque a lacinia elit. Duis placerat turpis et condimentum fringilla. Quisque venenatis lorem lectus, non suscipit justo condimentum a. Nulla vulputate mi nec nulla efficitur consectetur.

Cras vel dolor eleifend, accumsan ex in, varius nisi. Nulla sit amet lorem at metus lobortis hendrerit vehicula quis ligula. Pellentesque ornare nulla nec lectus lobortis, molestie fringilla ex tristique. Cras a faucibus lectus. Nulla vitae pellentesque diam. Curabitur varius quam id elit consequat mattis. Donec euismod erat libero, et imperdiet diam venenatis at. Vivamus varius pulvinar eros sit amet malesuada. Nulla ac facilisis dolor, fermentum fermentum nunc. Duis ultricies, libero vel egestas ullamcorper, diam tortor volutpat erat, nec accumsan ligula enim nec orci. Maecenas a fringilla leo. Nunc sed nibh nec odio feugiat luctus. Aliquam a eros et erat pellentesque semper id id lorem. Ut vitae libero vehicula, imperdiet velit a, ultrices leo. Pellentesque vitae placerat mi.

https://www.annualreviews.org/content/journals/10.1146/annurev-biophys-060414-034057

Introduction

In previous chapters we have been discussing the structure and functions of certain organelles and their connection to a neuron. When looking at how the nervous system is able to be functioning at the most efficient and the ability for the brain to process information it is important to discuss how neurons are able to communicate. The brain is able to send an impulse to a certain area of the body by neurons. An impulse is sent through the nerves which consist primarily of neurons. When neurons communicate, the process in which they will send and receive impulses is through a process of vesicular releasing. There are four steps in which one neuron is able to communicate with another neuron. Those steps are called docking, priming, fusion, and recycling of a vesicle.  The first step is Docking of one neuron to another.

Docking

In the previous chapter ” Organelles ” there is discussion of what the synaptic vesicle is and its job. In the vesicular releasing mechanism it has an important role when it comes to docking. Docking is the process of one neuron connecting to another. The process of docking is initiated by the synaptic vesicle nearing the active zone of another neuron. This active zone is located at the synapses of a neuron. As the neurons align they are not physically connected rather they are in the same zone allowing the neuron to be primed and send the impulse.

Priming

Neural Priming­ is the next step in this process of sending impulses between cells. Priming is the process of the neurons becoming more excitatory and readily able to send impulses between cells. As the cells are more primed they are able to become more effective and efficient in sending impulses.

Fusion

One of the most important steps in the vesicular releasing mechanism of a neuron is Fusion. This process is done when synaptic vesicles are combined with the cell membrane of a neuron. Now that the cells are fused together, important neurotransmitters are sent into the adjacent neuron. The area in which this information is received in the neuron is the synaptic cleft. After this information is received the neuron is able to process it and send it to the next neuron.

Recycling of Vesicle

The final step of this process of neurons communicating is recycling of a vesicle. After the neurotransmitters have been sent and received, retrieval of the synaptic vesicles from the neuron is the last step. The recycling comes into play as the vesicles have been retrieved and return to the original neuron they are then filled with neurotransmitters and are prepared to send another impulse and the process is repeated.