Глиотрансмиттер
Глиотрансмиттеры — это химические вещества, выделяемые глиальными клетками , которые облегчают нейрональную связь между нейронами и другими глиальными клетками. Обычно они индуцируются Ca 2+ сигнализация, [1] хотя недавние исследования поставили под сомнение роль Ca 2+ в глиотрансмиттерах и может потребовать пересмотра значимости глиотрансмиттеров в передаче сигналов нейронов в целом. [2]
Хотя глиотрансмиттеры могут высвобождаться из любой глиальной клетки, включая олигодендроциты , астроциты и микроглию , в первую очередь они высвобождаются из астроцитов. [ нужна ссылка ] Астроциты используют для связи щелевые соединения и имеют звездообразную форму, что позволяет им вступать в контакт со многими другими синапсами в различных областях мозга. Их структура также делает их способными к двунаправленной передаче сигналов. Подсчитано, что астроциты могут вступать в контакт с более чем 100 000 синапсов, что позволяет им играть важную роль в синаптической передаче. [1] Хотя глиотрансмиссия в основном происходит между астроцитами и нейронами, глиотрансмиссия не ограничивается этими двумя типами клеток. [3] Помимо центральной нервной системы, глиотрансмиссия также происходит между окончаниями двигательных нервов и шванновскими клетками периферической нервной системы. Другой случай глиотрансмиссии происходит между глиальными клетками сетчатки, называемыми клетками Мюллера , и нейронами сетчатки. [3]
Функция
[ редактировать ]Слово «глия», происходящее от греческих слов γλία и γλοία («клей»), иллюстрирует первоначальное мнение ученых о том, что эти клетки играют пассивную роль в передаче нервных сигналов, отвечая только за структуру нейронов и поддержку внутри мозга. [4] Глиальные клетки не могут производить потенциалы действия и поэтому не подозревали, что они играют важную и активную коммуникативную роль в центральной нервной системе, поскольку синапсическая передача между нейронами инициируется потенциалом действия. Однако исследования показывают, что эти клетки проявляют возбудимость при изменении внутриклеточной концентрации Ca. 2+ . Глиотрансмиссия происходит из-за способности глиальных клеток вызывать возбудимость при изменении содержания Са. 2+ концентрации. Изменения концентрации Ca 2+ коррелируют с токами от нейронов, опосредованных рецептором NMDA, которые измеряются в соседних нейронах вентробазального (ВБ) таламуса. [3] Поскольку глиальных клеток значительно больше, чем нейронов в головном мозге, составляя более 70% всех клеток в центральной нервной системе, глиотрансмиттеры, выделяемые астроцитами, потенциально могут быть очень влиятельными и важными в центральной нервной системе, а также в других нервных системах. по всему телу. [5] Эти клетки не просто выполняют функции структурной поддержки, но также могут принимать участие в межклеточном общении с нейронами, микроглией и другими астроцитами, получая входные данные, организуя информацию и отправляя химические сигналы. [5] Калифорния 2+ Сигнал от астроцита может также участвовать в контроле кровотока в мозге. [3]
Было показано, что глиотрансмиттеры контролируют развитие синапсов и регулируют синаптическую функцию, а их высвобождение может приводить к паракринным воздействиям на астроциты, а также к регуляции нейротрансмиссии. [1] Определение глиотрансмиттера определяется не только его присутствием в глиальных клетках, но и другими факторами, включая его метаболический путь. [6] Кроме того, функция глиотрансмиттеров варьируется в зависимости от их типа, и каждый глиотрансмиттер имеет определенный целевой рецептор и действие.
Глиальные клетки играют важную роль в гормональной и нейроэндокринной функции центральной нервной системы, играют активную роль в сне, познании, синаптической функции и пластичности, а также способствуют ремиелинизации и регенерации поврежденной нервной ткани. [4] Другие функции включают регуляцию нейросекреторных нейронов и высвобождение гормонов.
Виды глиотрансмиттеров
[ редактировать ]Основные типы глиотрансмиттеров, высвобождаемых астроцитами, включают глутамат и АТФ .
Глутамат является основным возбуждающим нейромедиатором в центральной нервной системе, который также можно определить как глиотрансмиттер из-за его способности увеличивать цитозольный Са. 2+ концентрации в астроцитах. [7] [8] Его основные рецепторы-мишени включают каинатные рецепторы, метаботропные рецепторы глутамата (mGluR) и особенно рецепторы N-метил-D-аспартата (NMDAR). [1] [9] NMDAR — это глутаматергические рецепторы, которые играют важную роль в синаптической пластичности. [1] Другие функции этого глиотрансмиттера включают синхронную деполяризацию, увеличение частоты постсинаптических токов, а также увеличение вероятности выделения и частоты АМРА-рецептор-зависимых постсинаптических токов. [1] NMDAR контролируются рецептором потенциалзависимого канала, который блокируется магнием. [7] Кальций может проникать через каналы NMDAR из-за деполяризации клетки, которая снимает блок магния и, следовательно, активирует эти рецепторы. [7]
АТФ — это глиомедиатор, который высвобождается из астроцитов и ограничивает активность нейронов. АТФ нацелен на рецепторы P2X, P2Y и A1. [1] АТФ выполняет несколько функций глиотрансмиттера, включая вставку АМРА-рецепторов в постсинаптическое окончание, паракринную активность посредством волн кальция в астроцитах и подавление синаптической передачи. [1] Нейрональная активность сетчатки контролируется способностью молекулы гиперполяризовать нейрон путем преобразования АТФ в аденозин. [8] АТФ играет роль в облегчении нейровоспаления и ремиелинизации, проникая во внеклеточное пространство клетки при повреждении и активируя пуринергические рецепторы, которые увеличивают выработку глиотрансмиттеров. [10] Механизм высвобождения АТФ из астроцитов недостаточно изучен. Хотя неясно, является ли АТФ-опосредованная глиотрансмиссия кальций-зависимой, считается, что высвобождение АТФ частично зависит от Са. 2+ и белки SNARE и включает несколько путей, при этом экзоцитоз является предлагаемым методом высвобождения. [5] [8]
Другие менее распространенные глиотрансмиттеры включают:
- гомоцистеиновая кислота , эндогенный агонист рецептора N-метил-(D)-аспарагиновой кислоты ( NMDA R).
- таурин
- предсердный натрийуретический фактор (АНФ)
- фактор некроза опухоли -альфа (TNF-альфа)
- ГАБА . [11]
Межсотовая связь
[ редактировать ]Хотя нейротрансмиссия определяется как обмен информацией между нейронами, глиотрансмиссия происходит не только между астроцитами, но также между астроцитами, нейронами и микроглией. [5] Между астроцитами «Ca [2+] «Волна» активности может быть инициирована даже тогда, когда они не контактируют друг с другом, стимулируя высвобождение глиотрансмиттеров. [5]
Глиотрансмиссия может происходить также между двумя типами глиальных клеток: астроцитами и микроглией. [5] Волны кальция внутри внутриклеточного матрикса астроцита могут вызвать ответ микроглии при наличии АТФ во внеклеточном матриксе. Одно исследование продемонстрировало, что механическая стимуляция заставляет астроциты высвобождать АТФ, что, в свою очередь, вызывает задержку реакции кальция в микроглии, что позволяет предположить, что связь между астроцитами и микроглией может быть опосредована АТФ. [5]
Связь между астроцитами и нейронами очень важна для функции нейронов. [5] «Трехсторонний синапс» является наиболее распространенным примером межклеточной связи между астроцитами и нейронами и включает в себя пре- и постсинаптические окончания двух нейронов и одного астроцита. Астроциты обладают способностью модулировать активность нейронов, возбуждая или ингибируя синаптическую передачу, в зависимости от типа высвобождаемого глиотрансмиттера, в частности глутамата, который обычно оказывает возбуждающее влияние на нейроны, или АТФ, который, как было показано, обычно ингибирует определенные пресинаптические функции нейронов. [5]
Трехсторонний синапс
[ редактировать ]Тот факт, что высвобождение глиотрансмиттеров посредством повышения уровня кальция вызывает синаптическую передачу, приводит к идее о «трехстороннем синапсе». [12] Трехчастный синапс включает в себя локализацию астроцитов и синапсов и представляет собой концепцию синаптической физиологии, согласно которой существует три части синапса: пресинаптический терминал, постсинаптический терминал и астроцит между ними. [3] Одна модель трехстороннего синапса показывает пресинаптические и постсинаптические терминали, лежащие рядом друг с другом, которыми астроцит обернут вокруг постсинаптического терминала. [1] Однако локализация и пространственное распределение трех элементов трехстороннего синапса различаются в разных областях мозга. Калиевые каналы между астроцитом и пресинаптической терминалью позволяют высвобождать ионы К+ и избегать накопления после активности нейронов. Кроме того, высвобождение нейромедиаторов из пресинаптических везикул активирует метаботропные рецепторы астроцита, что затем вызывает высвобождение астроцитом глиотрансмиттеров из клетки. [1]
Астроцит является двунаправленным, что означает, что он может общаться и обмениваться информацией как с пре-, так и с постсинаптическими элементами. Коммуникация в первую очередь контролируется изменением Ca 2+ концентрации, вызывающие возбудимость внутри астроцита. [3] Способность человека реагировать на изменения как внешней, так и внутренней среды повышается за счет гормональной регуляции трехстороннего синапса. [4]
Роль в здоровье и болезнях
[ редактировать ]Считается, что увеличение глиотрансмиссии может способствовать эпилепсии, а снижение – шизофрении. [1] Кроме того, оказался полезным подсчет количества астроцитов; Показано, что у пациентов с депрессией количество астроцитов ниже. Дальнейшие исследования и понимание взаимосвязи между глиотрансмиссией и неврологическими расстройствами могут привести к появлению новых целей для терапевтического лечения головного мозга. [1] Исследования также показали, что повышенная и пониженная стимуляция NMDAR, контролируемая астроцитами, играет роль в различных нейродегенеративных заболеваниях. К ним относятся болезни Альцгеймера, Паркинсона и Хантингтона, а также шизофрения, инсульт и эпилепсия. [6]
Считается, что некоторые расстройства, особенно шизофрения и эпилепсия, могут быть частично вызваны различными уровнями глиотрансмиссии и кальциевой возбудимости. [1] Одна теория, называемая глутаматной гипотезой шизофрении, предполагает, что дефицит глутамата, который приводит к дисфункции NMDAR на пресинаптическом терминале, как полагают, вызывает симптомы шизофрении. Согласно исследованиям, эта гипофункциональность NMDAR вызвана меньшим количеством глиотрансмиссии, которой способствует D-серин. Совсем недавно было показано, что D-серин и серинрацемаза встречаются почти исключительно в нейронах, которые не поддерживают роль D-серина как глиотрансмиттера. Тот факт, что циклосерин, который действует как агонист сайта связывания NMDAR, используется при лечении пациентов с шизофренией, еще раз подтверждает гипотезу глутамата. Известно, что в случае эпилепсии глутамат играет роль в синхронной деполяризации. [1] Это заставило исследователей поверить в то, что возбуждение эпилептических разрядов может быть вызвано глутамат-опосредованной глиотрансмиссией. Хотя некоторые исследования и показывают, что все возбуждения, вызванные глиотрансмиссией, приводят к эпилептическим разрядам, однако это, возможно, может увеличивать интенсивность и длительность эпилептиформной активности. [1]
Пять первых упомянутых медиаторов в первую очередь обладают возбуждающим действием и, таким образом, могут приводить к нервному апоптозу за счет эксайтотоксичности при экспрессии в больших количествах. [1] Из нейродегенеративных заболеваний есть данные, по крайней мере, для болезни Альцгеймера, которые указывают на повышенную активацию и количество глии (как глии, так и астроцитов), что сопровождает одновременное уменьшение количества нейронов. [13] Предполагается, что избыточное количество глиотрансмиттера TNF, обнаруженное в спинномозговой жидкости при болезни Альцгеймера, играет роль в патогенезе этого заболевания, возможно, за счет нарушения регуляции синаптических механизмов, которые модулируются TNF. [14]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: а б с д и ж г час я дж к л м н тот п Халасса, М; Феллин, Т; Хайден, П. (2006). «Трехсторонний синапс: роль глиотрансмиссии в здоровье и болезнях». Тенденции молекулярной медицины . 13 (2): 54–63. doi : 10.1016/j.molmed.2006.12.005 . ПМИД 17207662 .
- ^ Агулхон, К.; Фиакко, штат Калифорния; Маккарти, К.Д. (2010). «Кратковременная и долгосрочная пластичность гиппокампа не модулируется передачей сигналов Ca2+ астроцитов». Наука . 327 (5970): 1250–4. дои : 10.1126/science.1184821 . ПМИД 20203048 . S2CID 14594882 .
- ^ Перейти обратно: а б с д и ж Пареа, Г.; Арак, А. (2005). «Синапсическая регуляция сигнала кальция астроцитов». J Нейронная передача . 112 (1): 127–135. дои : 10.1007/s00702-004-0170-7 . hdl : 10261/154081 . ПМИД 15599611 . S2CID 23182200 .
- ^ Перейти обратно: а б с Гарсиа-Сегура, Луис М.; Маккарти, Маргарет М. (2004). «Мини-обзор: Роль глии в нейроэндокринной функции» . Эндокринология . 145 (3): 1082–1086. дои : 10.1210/en.2003-1383 . hdl : 10261/72267 . ПМИД 14670989 .
- ^ Перейти обратно: а б с д и ж г час я Коидзуми, С; Фудзисита, К; Иноуэ, К. (сентябрь 2005 г.). «Регуляция межклеточной коммуникации, опосредованной астроцитарной АТФ» . Пуринергический сигнал . 1 (3): 211–217. дои : 10.1007/s11302-005-6321-y . ПМК 2096541 . ПМИД 18404506 .
- ^ Перейти обратно: а б Олиет, Стефан HR; Мотэ, Жан-Пьер (2006). «Молекулярные детерминанты глиотрансмиссии, опосредованной D-серином: от высвобождения к функции». Глия . 54 (7). Wiley InterScience: 726–737. дои : 10.1002/glia.20356 . ПМИД 17006901 . S2CID 5757256 .
- ^ Перейти обратно: а б с Мартино, Магали; Бо, Жерар; Мотэ, Жан-Пьер (2006). «Глиотрансмиссия в центральных глутаматергических синапсах: D-серин на сцене». Пуринергическая сигнализация . 1 : 211–217.
- ^ Перейти обратно: а б с Чжан, К.; Хейдон, PG (2005). «Роль глиотрансмиссии в нервной системе». J Нейронная передача . 112 (1): 121–125. дои : 10.1007/s00702-004-0119-x . ПМИД 15599610 . S2CID 26667398 .
- ^ Д'Асенцо, Марчелло; Феллин, Томмазо; Терунума, Михо; Ревилла-Санчес, Ракель; Мини, Дэвид Ф.; Оберсон, Ив П.; Мосс, Стивен Дж.; Хейдон, Филип Г. (2007). «mGluR5 стимулирует глиотрансмиссию в прилежащем ядре» . Proc Natl Acad Sci США . 104 (6): 1995–2000. дои : 10.1073/pnas.0609408104 . ПМК 1794302 . ПМИД 17259307 .
- ^ Уолтер, Лиза; Динь, Тьен; Стелла, Нефий (2004). «АТФ вызывает быстрое и выраженное увеличение продукции 2-арахидоноилглицерина астроцитами, ответ ограничивается моноацилглицеринлипазой» . Журнал неврологии . 24 (3): 8068–8074. doi : 10.1523/jneurosci.2419-04.2004 . ПМЦ 6729797 . ПМИД 15371507 .
- ^ 15
- ^ Арак, А; Парпура, В; Санзгири, РП; Хейдон, PG (1999). «Трехсторонние синапсы: глия, непризнанный партнер». Тенденции нейробиологии . 22 (5): 208–215. дои : 10.1016/s0166-2236(98)01349-6 . ПМИД 10322493 . S2CID 7067935 .
- ^ Ривера, Э.Дж.; Голдин, А; Фулмер, Н.; Таварес, Р; Уэндс, младший; де ла Монте, С.М. (2005). «Экспрессия и функция инсулина и инсулиноподобного фактора роста ухудшаются по мере прогрессирования болезни Альцгеймера: связь со снижением уровня ацетилхолина в мозге». Дж. Альцгеймерс Дис . 8 (3): 247–268. дои : 10.3233/jad-2005-8304 . ПМИД 16340083 .
- ^ Тобиник, Э .; Гросс, Х. (2008). «Быстрое улучшение беглости речи и афазии после периспинального введения этанерцепта при болезни Альцгеймера» . БМК Нейрол . 8:27 . дои : 10.1186/1471-2377-8-27 . ПМК 2500042 . ПМИД 18644112 .