Низкопороговые шипы
Низкопороговые спайки (LTS) относятся к деполяризации мембраны кальциевым каналом Т-типа . LTS возникает при низкой отрицательной деполяризации мембраны. мембраны Они часто следуют за гиперполяризацией , которая может быть результатом снижения возбудимости или усиления торможения. LTS приводит к тому, что нейрон достигает порога потенциала действия . LTS – большая деполяризация из-за увеличения Ca 2+ проводимость, поэтому LTS опосредуется кальцием (Ca 2+ ) проводимость. Всплеск обычно завершается вспышкой от двух до семи потенциалов действия, которая известна как низкопороговая вспышка. покоя клетки LTS зависят от напряжения и инактивируются, если мембранный потенциал более деполяризован, чем -60 мВ. LTS деинактивируются или восстанавливаются после инактивации, если клетка гиперполяризована и может быть активирована деполяризующими входами, такими как возбуждающие постсинаптические потенциалы (ВПСП). [1] LTS были обнаружены Родольфо Ллинасом и его коллегами в 1980-х годах. [2] [3]
Физиология
[ редактировать ]Ритмичность
[ редактировать ]Ритмогенез в нейроне обусловлен нестабильностью, связанной с потенциалом покоя . Подобную нестабильность можно объяснить свойствами низкопороговых кальциевых токов. Ток активируется при температуре около -60 мВ, что позволяет генерировать низкопороговый всплеск на уровне потенциала покоя или вблизи него. [4]
Недавние открытия показали, что клетки, поддерживаемые на гиперполяризованном уровне, проявляют внутреннюю ритмичность, что приводит к спонтанному колебательному поведению из-за Ca. 2+ управляемая деполяризация. В результате возникает один или несколько коротких всплесков спайков, за которыми следует гиперполяризация, а затем реполяризация перед следующим всплеском. [5]
LTS-кинетика
[ редактировать ]Исследование, проведенное Gutierrez et al. изучили кинетику низкопороговых всплесков, чтобы лучше понять их значение для нормальных функций мозга. Экспериментально было установлено, что четыре ионных тока способствуют низкопороговым всплескам, генерируя три различные фазы после гиперполяризации . Переходные внешние токи K+, следующие за потенциалами действия , могут вызвать гиперполяризацию, что приводит к низкопороговым всплескам. Начальный омический ток утечки, состоящий из ионов K+ и Na+, характеризует первую фазу. За этим следует активируемый гиперполяризацией «провисающий» ток, который способствует медленной деполяризации мембранного потенциала. Внутренний Ca 2+ ток через кальциевые каналы Т-типа является последней фазой и основным током, ответственным за сильную временную деполяризацию. Это отменяет другие токи после активации каналов Т-типа. Остальные токи в первую очередь влияют на активацию ДТС. [6]
Кальциевые каналы Т-типа
[ редактировать ]Кальциевые каналы Т -типа обнаружены в нейронах по всему мозгу. Эти каналы производят особенно сильные токи в таламических, перегородочных и сенсорных нейронах. Благодаря их активации вблизи мембранного потенциала покоя , а также быстрому восстановлению после инактивации, они способны генерировать низкопороговые спайки, что приводит к вспышке потенциалов действия .
Каналы Т-типа играют роль вторичного водителя ритма в нейронах, мембранный потенциал покоя которых составляет от -90 до -70 мВ, поскольку они играют важную роль в возникновении импульсных импульсов. Возбуждающий постсинаптический потенциал (ВПСП) открывает каналы, создавая таким образом LTS. LTS запускает Na + -зависимые потенциалы действия и активируют высоковольтные активированные кальциевые каналы. [7]
Низкопороговые пики вызывают очередную стрельбу.
[ редактировать ]Доказательства низкопорогового кальциевого тока были впервые описаны в нейронах нижнего ядра оливы (1981). Это ядро генерирует синхронную ритмическую активность, которая при определенных условиях проявляется в виде тремора. Низкопороговые спайки кальция были описаны в нейронах различных ядер головного мозга, включая таламическую реле, медиальную ретикулярную формацию моста, латеральную хабенулу, перегородку, глубокие ядра мозжечка, СА1-СА3 гиппокампа, ассоциативную кору, паравентрикулярные и преоптические ядра. гипоталамуса, дорсального шва, бледного шара, полосатого тела и субталамического ядра.
Таламические релейные клетки демонстрируют два типа ответов. Одним из режимов ответа является релейный или тонический режим, при котором клетка деполяризуется, а LTS инактивируется. Это приводит к тоническому срабатыванию потенциалов действия. Второй ответ представляет собой пакетный режим, при котором клетка гиперполяризована и обычно реагирует LTS и связанными с ними всплесками потенциалов действия. [8]
В общем, LTS не может быть вызван деполяризацией нейрона из-за мембранного потенциала покоя. LTS наблюдается после подачи к нейрональной клетке гиперполяризующего импульса, что называется «дезинактивацией» и является результатом восстановления каналов после инактивации.
LTS часто запускаются после тормозного постсинаптического потенциала (ТПСП) из-за быстрого восстановления кальциевых каналов Т-типа во время ТПСП и их открытия, так как происходит возврат к мембранному потенциалу покоя.
Существует сильная корреляция между амплитудой LTS и количеством потенциалов действия, возникающих в результате LTS. Деполяризация Т-каналов гораздо сильнее происходит вблизи дендритного расположения активированных рецепторов, чем в соме. Активация либо метаботропных глутаматных, либо мускариновых рецепторов приводит к гиперполяризующему сдвигу соотношения между амплитудой LTS и исходным потенциалом мембраны. Это влияет на максимальную амплитуду LTS. Это означает, что существует зависимость между амплитудой LTS и напряжением и, следовательно, результирующим количеством генерируемых потенциалов действия. [9]
LTS опосредован Ca 2+ проводимость
[ редактировать ]Когда гиперполяризация мембраны этих интернейронов поддерживается на определенном уровне, кальциевая проводимость снижается, если не полностью инактивируется. Это приводит к тому, что поляризация мембраны не находится в правильном диапазоне для одиночных шипов и, следовательно, возникают «всплески». Таким образом, LTS зависит от проводимости кальция. [10]
Подавление серотонина низкопорогового всплеска
[ редактировать ], Полосатое тело ядро базальных ганглиев , содержит низкопороговые спайковые интернейроны. Базальные ганглии выполняют множество функций, включая непроизвольный контроль моторики, эмоций и познания. Эти интернейроны производят оксид азота и модулируются нейротрансмиттерами, в частности серотонином , высвобождаемым из ствола мозга . Серотонин подавляет эти интернейроны. Это было изучено на трансгенных мышах, у которых интернейроны оксида азота были помечены зеленым с помощью зеленого флуоресцентного белка (GFP). Серотонин связывается с серотониновыми рецепторами на интернейроне (5-HT2c), что увеличивает калиевую проводимость и впоследствии снижает возбудимость нейрона. [11]
Исследовать
[ редактировать ]Большая часть исследований, проведенных в области LTS, касалась клеток латерального коленчатого ядра кошки. Все релейные клетки таламуса испытывают эти специфические потенциал-зависимые кальциевые токи, и кошка оказалась полезным модельным видом для изучения. Различные варианты методов фиксации тока в дополнение к модельному моделированию пролили свет на многие аспекты этого явления.
Недавние исследования также были проведены о кальциевых каналах Т-типа и о том, как модуляция этих каналов может способствовать лечению различных неврологических и психологических расстройств, таких как шизофрения , деменция , мания и эпилепсия . Однако это все еще новая область исследований. [12] Известно, что кальциевые каналы Т-типа играют роль в спайк-волновых разрядах при абсансах . Противоэпилептические препараты могут контролировать абсансы, ингибируя кальциевые каналы Т-типа, что предотвращает низковольтные кальциевые токи. [13]
Амплитуда Ca 2+ шип
[ редактировать ]Было показано, что амплитуда LTS напрямую коррелирует с размером переходного Ca. 2+ ток, лежащий в основе LTS в определенных нейрональных клетках. Они запускаются сочетанием гиперполяризованной мембраны или деинактивацией Ca. 2+ каналы и надпороговый деполяризующий вход. Амплитуда Ca 2+ Таким образом, спайк преимущественно зависит от уровня предшествующей гиперполяризации мембраны и деполяризующего воздействия.
Однако было продемонстрировано, что LTS представляет собой событие «все или ничего» из-за регенеративной природы этого явления. Как и последующие за ними потенциалы действия, LTS мало различаются по амплитуде и форме при разных удерживающих потенциалах. Это означает, что надпороговые деполяризующие входы не влияют на амплитуду и влияют только на первоначальную активацию LTS. Степень дезинактивации определяет проводимость Ca. 2+ каналов и является основным фактором, влияющим на амплитуду LTS. Также было высказано предположение, что активность K+-каналов задержанного выпрямителя может влиять на амплитуду LTS. Таким образом, считается, что импульсные импульсы, вызванные LTS, используются в качестве сигнализации включения/выключения, в отличие от тонических импульсов, которые являются градуированными и более чувствительными к интенсивности деполяризующих входов. [10]
Латентность Ca 2+ шип
[ редактировать ]Задержка LTS — это промежуток времени между деполяризующим импульсом и его пиком. Показано, что в отличие от амплитуды на нее напрямую влияет величина начального деполяризующего тока. Это происходит в результате взаимодействия между начальной внешней омической реакцией, которая представляет собой утечку ионов K+ из клетки в ответ на изменение мембранного потенциала , и зависимым от напряжения открытием кальциевых каналов Т-типа .
Латентность уменьшается с увеличением деполяризующего тока, который превосходит внешний омический ток и быстрее деполяризует мембрану. Это быстрее активирует экспоненциальный рост Ca 2+ шип. Это снижение происходит более резко, когда деполяризующие токи приближаются к порогу, и более постепенно, когда ток увеличивается за пределы порога. Задержка не может быть уменьшена дальше определенного деполяризующего тока и становится почти одинаковой при любом большем токе. Это привело к гипотезе, что пакетная передача сигналов в результате LTS с более сильными активирующими входами более стабильна, чем LTS, из-за околопороговых активирующих входов. [10]
Болезнь Паркинсона
[ редактировать ]Таламус кору отвечает за передачу сенсорных и двигательных сигналов в головного мозга . Поэтому было проведено много исследований низкопороговых спайков в нейронах таламуса и того, как они могут быть связаны с болезнью Паркинсона и соответствующей потерей двигательной функции. Гипобрадикинезия , наблюдаемая при болезни Паркинсона, уменьшается при медиальной таламотомии ; это позволяет предположить, что это вызвано вмешательством таламических всплесков LTS в корковые функции. [14]
Было обнаружено, что LTS возникает в латеральном таламусе человека во время сна; однако они исчезают, как только пациент просыпается. Аномальная активность LTS, отмеченная у бодрствующих пациентов с паркинсонизмом, позволяет предположить связь между клиническим состоянием и активностью нейронов. [15]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Битти, Дж.А.; Салливан, Массачусетс; Морикава, Х.; Уилсон, CJ (2012). «Сложные автономные импульсы полосатых низкопороговых интернейронов спайков» . Журнал нейрофизиологии . 108 (3): 771–81. дои : 10.1152/jn.00283.2012 . ПМК 3424086 . ПМИД 22572945 .
- ^ Ллинас, Р.; Яром, Ю. (июнь 1981 г.). «Электрофизиология нейронов нижних олив млекопитающих in vitro. Различные типы потенциалзависимой ионной проводимости» . Журнал физиологии . 315 : 549–567. doi : 10.1113/jphysicalol.1981.sp013763 . ISSN 0022-3751 . ПМК 1249398 . ПМИД 6273544 .
- ^ Ллинас, Р.; Яром, Ю. (июнь 1981 г.). «Свойства и распределение ионной проводимости, вызывающей электрочувствительность нейронов нижних олив млекопитающих in vitro» . Журнал физиологии . 315 : 569–584. doi : 10.1113/jphysicalol.1981.sp013764 . ISSN 0022-3751 . ПМЦ 1249399 . ПМИД 7310722 .
- ^ Гутник, MJ; Яром, Ю (1989). «Низкопороговые всплески кальция, внутренние колебания нейронов и генерация ритмов в ЦНС». Журнал методов нейробиологии . 28 (1–2): 93–9. дои : 10.1016/0165-0270(89)90014-9 . ПМИД 2657227 .
- ^ Ллинас, РР; Стериаде, М (2006). «Взрыв таламических нейронов и состояния бдительности». Журнал нейрофизиологии . 95 (6): 3297–308. дои : 10.1152/jn.00166.2006 . ПМИД 16554502 . S2CID 14047398 .
- ^ Гутьеррес, Каролина; Кокс, Чарльз Л.; Ринцель, Джон; Шерман, С. Мюррей (1 февраля 2001 г.). «Динамика низкопороговой спайковой активации в релейных нейронах латерального коленчатого ядра кошки» . Журнал неврологии . 21 (3): 1022–32. doi : 10.1523/jneurosci.21-03-01022.2001 . ПМК 6762305 . ПМИД 11157087 .
- ^ Перес-Рейес, Эдвард (2003). «Молекулярная физиология кальциевых каналов Т-типа, активируемых низким напряжением». Физиологические обзоры . 83 (1): 117–61. doi : 10.1152/physrev.00018.2002 . ПМИД 12506128 .
- ^ Лу, С.М.; Гвидо, Вт; Шерман, С.М. (декабрь 1992 г.). «Влияние мембранного напряжения на свойства рецептивного поля латеральных коленчатых нейронов у кошки: вклад низкопорогового Ca 2+ проводимость». Журнал нейрофизиологии . 68 (6): 2185–98. doi : 10.1152/jn.1992.68.6.2185 . PMID 1337104 .
- ^ Жан, XJ; Кокс, CL; Шерман, С.М. (2000). «Дендритная деполяризация эффективно ослабляет низкопороговые выбросы кальция в релейных клетках таламуса» . Журнал неврологии . 20 (10): 3909–14. doi : 10.1523/JNEUROSCI.20-10-03909.2000 . ПМК 6772701 . ПМИД 10804230 .
- ^ Jump up to: а б с Жан, XJ; Кокс, CL; Ринцель, Дж; Шерман, С.М. (1999). «Текущие клэмп- и модельные исследования низкопороговых всплесков кальция в клетках латерального коленчатого ядра кошки». Журнал нейрофизиологии . 81 (5): 2360–73. дои : 10.1152/jn.1999.81.5.2360 . ПМИД 10322072 .
- ^ Каинс, Сара; Бломли, Крейг П.; Браччи, Энрико (2012). «Серотонин ингибирует низкопороговые спайковые интернейроны в полосатом теле» . Журнал физиологии . 590 (10): 2241–52. дои : 10.1113/jphysicalol.2011.219469 . ПМЦ 3424750 . ПМИД 22495583 .
- ^ Сивек, Магдалена; Хенселер, Кристина; Бройх, Карл; Папазоглу, Анна; Вайергребер, Марко (2012). «Кабинет с напряжением-затвором» 2+ Канал-опосредованный Ca 2+ Приток в эпилептогенезе» . В исламе, доктор Шахидул (ред.). Передача сигналов кальция . Достижения экспериментальной медицины и биологии. Том 740. стр. 1219–47. doi : 10.1007/978-94-007-2888-2_55 . ISBN 978-94-007-2887-5 . ПМИД 22453990 .
- ^ Очоа, Дж; Уиллис, Р. (2012). «Противоэпилептические препараты» . Справочник Медскейп .
- ^ Жанмоно, Д.; Маньен, М.; Морель, А. (1996). «Низкопороговые выбросы кальция в таламусе человека» . Мозг . 119 (2): 363–75. дои : 10.1093/мозг/119.2.363 . ПМИД 8800933 .
- ^ Маньен, М; Морель, А; Жанмоно, Д. (2000). «Одноединичный анализ паллидума, таламуса и субталамического ядра у пациентов с паркинсонией». Нейронаука . 96 (3): 549–64. дои : 10.1016/S0306-4522(99)00583-7 . ПМИД 10717435 .