Квантовое высвобождение нейромедиаторов
Нейротрансмиттеры высвобождаются , в синапс в упакованных везикулах называемых квантами . Один квант генерирует миниатюрный потенциал концевой пластинки (MEPP), который представляет собой наименьшее количество стимуляции, которую один нейрон может послать другому нейрону. [1] Квантовое высвобождение — это механизм, с помощью которого большинство традиционных эндогенных нейротрансмиттеров передаются по всему организму. Совокупная сумма многих MEPPs представляет собой потенциал концевой пластинки (EPP). Нормальный потенциал концевой пластинки обычно заставляет постсинаптический нейрон достигать порога возбуждения и вызывать потенциал действия . [1] Электрические синапсы не используют квантовое высвобождение нейромедиаторов, а вместо этого используют щелевые соединения между нейронами для передачи токов между нейронами. Целью любого синапса является создание либо возбуждающего постсинаптического потенциала (ВПСП), либо тормозного постсинаптического потенциала (ТПСП), которые генерируют или подавляют выражение соответственно потенциала действия в постсинаптическом нейроне. Подсчитано, что потенциал действия вызовет высвобождение примерно 20% нейромедиаторной нагрузки на терминале аксона . [2]
Механизм высвобождения квантовых нейромедиаторов
[ редактировать ]Нейромедиаторы синтезируются в окончаниях аксонов, где они хранятся в везикулах. Эти наполненные нейротрансмиттерами везикулы представляют собой кванты, которые выделяются в синапс. Квантовые везикулы высвобождают свое содержимое в синапс, связываясь с пресинаптической мембраной и объединяя свои фосфолипидные бислои . Отдельные кванты могут случайным образом диффундировать в синапс и вызывать последующий MEPP. Эти спонтанные явления совершенно случайны и не являются результатом какого-либо сигнального пути.
Передача сигнала ионов кальция к окончанию аксона является обычным сигналом пресинаптического высвобождения нейротрансмиттеров. Диффузия ионов кальция в пресинаптическую мембрану сигнализирует окончанию аксона о высвобождении квантов для генерации либо ТПСП, либо ВПСП в постсинаптической мембране. Высвобождение разных нейротрансмиттеров приведет к разным постсинаптическим потенциалам. Потенциалы действия, которые передаются к терминалю аксона, деполяризуют мембрану терминала и вызывают конформационные изменения в каналах ионов кальция в мембране. Эти кальциевые каналы примут «открытую» конфигурацию, которая позволит только ионам кальция проникать в окончание аксона. Приток ионов кальция будет дополнительно деполяризовать внутреннюю часть окончания аксона и сигнализировать квантам в окончаниях аксона о необходимости связываться с пресинаптической мембраной. [1] После связывания везикулы сливаются с мембраной, и нейротрансмиттеры высвобождаются в мембрану путем экзоцитоза .
Точный механизм передачи сигналов ионов кальция пресинаптической мембране неизвестен, но точно установлено, что приток ионов кальция в окончания аксона связан с высвобождением нейромедиатора. Текущие исследования показывают, что сигнал о высвобождении нейромедиатора в нервно-мышечные соединения передается с использованием иерархии каналов и рецепторов ионов кальция в пресинаптической мембране, при этом различные каналы и рецепторы демонстрируют различную степень возбудимости в пресинаптической мембране. [3] Разнообразие кальциевых каналов предполагает, что в первую очередь используются более эффективные каналы и что различное использование каналов ионов кальция приводит к разным уровням высвобождения квантов.
Попав в синапс, нейротрансмиттеры быстро перемещаются через синапс и прикрепляются к рецепторам на постсинаптической мембране. Рецепторы нейротрансмиттеров будут сигнализировать постсинаптическим каналам об «открытии» или «закрытии», что повлияет на скорость, с которой ионы смогут пересекать синаптическую мембрану. Относительное изменение потока ионов поляризует мембрану в зависимости от свойств затронутого ионного канала. [1] Например, открытие канала ионов калия в пресинаптической мембране создаст поток положительных ионов калия из нейрона; потеря положительно заряженных ионов калия приведет к тому, что нейрон станет более отрицательно заряженным. Именно благодаря использованию различных нейротрансмиттеров и рецепторов нейроны способны посылать друг другу множество потенциальных сигналов. Оценки времени высвобождения квантов могут быть грубо оценены на основе исходных событий высвобождения квантов после пресинаптического моделирования. [4] Такие оценки не могут быть надежно использованы во всех синапсах, но могут быть полезными инструментами для понимания динамики высвобождения нейротрансмиттеров в целом.
Рециркуляция синаптических пузырьков
[ редактировать ]Как описано выше, синаптический везикула останется слитой с пресинаптической мембраной после того, как содержимое ее нейромедиатора будет высвобождено в синапс. Повторные добавления к мембране окончания аксона в конечном итоге могут привести к неконтролируемому росту окончания аксона, что может привести к катастрофическому разрушению синаптического комплекса. Терминал аксона компенсирует эту проблему путем повторного захвата пузырька путем эндоцитоза и повторного использования его компонентов для формирования новых синаптических пузырьков. [1] Точный механизм и сигнальный каскад, запускающий рециркуляцию синаптических пузырьков, до сих пор неизвестны.
Ни один из методов рециркуляции синаптических пузырьков, по-видимому, не применим во всех сценариях, что предполагает существование множественных путей рециркуляции синаптических пузырьков. Множественные белки были связаны с обратным захватом синаптических пузырьков, а затем впоследствии были связаны с различными путями рециркуляции синаптических пузырьков. Клатрин-опосредованный эндоцитоз (CME) и активно-зависимый объемный эндоцитоз (ADBE) являются двумя наиболее преобладающими формами рециркуляции синаптических пузырьков, при этом ADBE более активен в периоды высокой активности нейронов, а CME активен в течение длительных периодов времени после активности нейронов. прекратилось. [5]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с д и Первс, Дейл; Августин, Джордж; Фитцпатрик, Дэвид; Холл, Уильям; ЛаМантия, Энтони-Самуэль; Уайт, Леонард; Муни, Ричард; Платт, Майкл (ред.). Нейронаука (Пятое изд.). Сандерленд, Массачусетс: Sinaur Associates, Inc.
- ^ Шнеггенбургер, Ральф; Мейер, Александр; Неер, Эрвин (июнь 1999 г.). «Высвободившаяся фракция и общий размер пула немедленно доступных квантов передачи в синапсе чашечки». Нейрон . 23 (2): 399–409. дои : 10.1016/s0896-6273(00)80789-8 . hdl : 11858/00-001M-0000-0012-FB9B-0 . ПМИД 10399944 . S2CID 13005993 .
- ^ Урбано, Франческо; Пьедрас-Рентерия, Эрика; Джун, Кисун; Шин, Хи-Соп; Учитель, Освальдо; Цянь, Ричард (18 марта 2003 г.). «Измененные свойства высвобождения квантовых нейромедиаторов в концевых пластинках мышей, у которых отсутствуют Ca2+-каналы P/Q-типа» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 100 (6): 3491–3496. Бибкод : 2003PNAS..100.3491U . дои : 10.1073/pnas.0437991100 . JSTOR 3139387 . ПМК 152320 . ПМИД 12624181 .
- ^ Миннечи, Федерико; Каничай, Роби; Сильвер, Р. Ангус (30 марта 2012 г.). «Оценка времени высвобождения нейромедиатора в центральных синапсах от первой латентной фазы постсинаптических токов» . Журнал методов нейробиологии . 205 (1): 49–64. дои : 10.1016/j.jneumeth.2011.12.015 . ПМК 3314961 . ПМИД 22226741 .
- ^ Клейтон, Эмма; Ангоно, Виктор; Смилли, Карен; Чау, Нгок; Робинсон, Филипп; Двоюродный брат Майкл (17 июня 2009 г.). «Фосфозависимое динамин-синдапиновое взаимодействие» . Журнал неврологии . 29 (24): 7706–7717. doi : 10.1523/jneurosci.1976-09.2009 . ПМЦ 2713864 . ПМИД 19535582 .