Залог Шаффера
Коллатерали Шаффера представляют собой коллатерали аксонов , выделяемые пирамидными клетками CA3 в гиппокампе . Эти коллатерали проецируются в область CA1 гиппокампа. [1] и являются неотъемлемой частью формирования памяти и эмоциональной сети контура Папеса и гиппокампа трисинаптической петли . Это один из наиболее изученных синапсов в мире, названный в честь венгерского анатома - невролога Кароя Шаффера .
Коллатерали Шаффера являются частью структур гиппокампа и развивают лимбическую систему , которая играет решающую роль в аспектах обучения и памяти. Сигналы информации из контрлатеральной области СА3 уходят через коллатеральные пути Шаффера к пирамидным нейронам СА1 . Зрелые синапсы содержат меньше коллатеральных ветвей Шаффера, чем те синапсы, которые не полностью развиты. [2] Многие ученые пытаются использовать коллатеральный синапс Шаффера в качестве образца синапса, типичный возбуждающий глутаматергический синапс в коре головного мозга , который очень хорошо изучен, чтобы попытаться определить правила как паттернов стимуляции в электрических правилах, так и химических механизмов с помощью какие синапсы постоянно становятся сильнее, а какие постоянно слабеют, а также разработать лекарства и методы лечения хронических заболеваний , таких как деменция и болезнь Альцгеймера . Более того, они полагают, что изучение коллатералей Шаффера может дать широкий спектр понимания того, как коллатерали Шаффера позволяют нам вмешиваться в медикаментозное лечение и электрическую стимуляцию, чтобы можно было улучшить качество человеческого опыта.
Разработка
[ редактировать ]Функциональный гиппокамп хранит долговременные воспоминания благодаря синаптической пластичности с точки зрения хранения информации. Гиппокамп в связи с неокортексом опосредует деградацию памяти. Пластические изменения, происходящие в гиппокампе, участвуют в управлении процессом хранения памяти.
Коллатерал Шаффера участвует в пластичности, зависящей от активности , и в информационных процессах, которые всегда постоянно обрабатываются через гиппокамп. Коллатерал Шаффера явно влияет на то, запускают ли клетки-мишени потенциалы действия или нет. Однако в то же время это запускает процесс, который занимает гораздо больше времени, в результате чего некоторые синапсы становятся сильнее, а некоторые — слабее, и в целом все закономерности синаптической силы сети со временем меняются.
Шаффера Более того, коллатеральные аксоны образуют возбуждающие синапсы , которые разбросаны по дендритным разветвлениям. [3] гиппокампа СА1 пирамидных нейронов . [4] На ранней стадии долгосрочной потенциации коллатерали Шаффера высвобождают глутамат , который связывается с АМРА-рецепторами СА1- дендритов . Процесс развития сети рекуррентных возбуждающих глутаматергических синапсов от CA3 до CA1 изменяет частоту спонтанных потенциалов действия в коллатералях Шаффера. К взрослому возрасту активность рекуррентной сети CA3 снижается, частота спонтанных потенциалов действия снижается в коллатералях Шаффера, а синапс единственного локуса высвобождения с одним дендритным шипом на данном пирамидном нейроне CA1 может развиваться коллатеральными аксонами Шаффера. [2]
Расположение
[ редактировать ]Коллатераль Шаффера расположен между регионами СА3 и СА1 в гиппокампе . Коллатерали Шаффера — это аксоны пирамидных клеток , которые соединяют два нейрона (СА3 и СА1) и передают информацию от СА3 к СА1. [5] [6] Энторинальная кора посылает основной сигнал в зубчатую извилину ( перфорантный путь ). Из гранулярных клеток зубчатой извилины осуществляется связь с областями СА3 гиппокампа посредством мшистых волокон . отправляет информационные сигналы пирамидным клеткам CA1 через коллатеральные и комиссуральные волокна Шаффера из контралатерального CA3 также гиппокампа.
Функция
[ редактировать ]На протяжении всего процесса памяти в гиппокампе коллатерали Шаффера, похоже, не играют важной роли в формировании реальной памяти, но ясно, что коллатерали Шаффера способствуют зависимой от активности пластичности и информационным процессам, которые всегда изменяются в ходе памяти. развитие в гиппокампе. Коллатерали Шаффера изменяют развитие лимбической системы , которая имеет решающее значение для обучения и памяти . Контралатеральная область CA3 отправляет информацию через CA1 коллатерали Шаффера к пирамидным нейронам .
Коллатерали Шаффера и синаптическая пластичность гиппокампа
[ редактировать ]Пластические изменения, происходящие в гиппокампе, участвуют в управлении процессом сохранения воспоминаний. Коллатерали Шаффера влияют на гиппокамп, вызывая развитие краткосрочной ( краткосрочная пластичность ) и долгосрочной синаптической пластичности ( долгосрочная пластичность ) с точки зрения хранения информации и изменения эффективности синаптической передачи после предыдущей синаптической активности.
Долгосрочное потенцирование
[ редактировать ]Долговременная потенциация (LTP) в формировании гиппокампа является примером модели нейронной пластичности . [7] В качестве образца синапса были использованы коллатеральные синапсы Шаффера, типичный возбуждающий глутаматергический синапс в коре головного мозга , который очень хорошо изучен с целью попытаться определить правила как паттернов стимуляции в электрических правилах, так и химические механизмы, с помощью которых синапсы получают постоянно сильнее, а какие синапсы также постоянно становятся слабее. LTP участвуют в том, как люди хранят и извлекают информацию, а также задействуют сети воспоминаний, которые связаны с фактами и эмоциями , а также потому, что гиппокамп является частью лимбической системы, связанной с миндалевидным телом .
ДП в гиппокампе является важной моделью нейронной пластичности , которая способствует обучению и памяти. [7] Коллатерали Шаффера — это аксоны нейронов в регионах CA3 гиппокампа, которые образуют синапсы в регионах CA1.
Гиппокамп является частью процесса обратной связи , который посылает сигналы о прекращении выработки кортизола . Таким образом, поврежденный гиппокамп может вызвать потерю памяти и неспособность когнитивных функций . Кроме того, поскольку гиппокамп является областью, контролирующей процессы обучения и памяти, исследование коллатералей Шаффера может помочь найти методы лечения заболеваний, связанных с гиппокампом или его нервными путями, таких как болезнь Альцгеймера , нейродегенеративное заболевание .
Долгосрочное потенцирование (LTP) синаптической силы в коллатеральных синапсах Шаффера во многом объясняется изменениями количества и биофизических свойств АМРА-рецепторов (AMPAR). [8] Нейропсин оказывает регуляторное действие на коллатеральную ЛПШ Шаффера в гиппокампе крыс. [7]
Функциональному гиппокампу необходимо хранить долговременную память. Воспоминания, однажды сохраненные, сохраняются в течение длительного времени. Долгосрочные изменения синаптической эффективности в гиппокампе могут быть вызваны различными паттернами стимуляции, вызывающими пресинаптическую и постсинаптическую деполяризацию. [9] Стимуляция тета-взрыва коллатералей Шаффера может быть достаточной, чтобы индуцировать LTP, способствуя образованию нитевидного актина в дендритах CA1 . [10] В мозге млекопитающих некоторые модели синаптической активности вызывают долговременную потенциацию (LTP), которая представляет собой длительное увеличение синаптической силы , и долговременную депрессию (LTD), которая представляет собой длительное снижение синаптической силы.
LTP в синапсе коллатерального CA1 Шаффера и «пластичность канала SK2»
[ редактировать ]Долговременная пластичность синапсов гиппокампа может быть вызвана различными моделями стимуляции, вызывающими пре- и постсинаптическую деполяризацию . Эти синаптические изменения могут явно привести к изменению функции цепи и поведенческой пластичности. Некоторые модели синаптической активности приводят к значительному увеличению синаптической силы, также известному как долгосрочное потенцирование (LTP). В гиппокампе ЛТБ в коллатеральном СА1 Шаффера модулирует биофизические свойства АМРА-рецепторов. Более того, SK2 с малой проводимостью , Ca2+-активируемый K+-канал , изменяет форму возбуждающих постсинаптических потенциалов (ВПСП) путем связывания с N-метил-D-аспартатными рецепторами ( NMDA-рецепторами ). Исследование Lin MT и соавт. был разработан для изучения того, участвуют ли каналы SK2 в синаптических изменениях, когда зависимое от активности снижение способствует LTP. [8]
Каналы SK2 представляют собой ионные каналы , которые активируются увеличением концентрации внутриклеточного кальция и в результате позволяют катиону K+ пересекать клеточную мембрану. Двойное мечение иммунозолотом выявило, что каналы SK2 и NMDA сосуществуют в пределах постсинаптической плотности (PSD) областей CA1 гиппокампа . Авторы использовали спаривание тета-всплесков (TBP) для быстрого усиления синаптической силы и вызова LTP, который индуцируется одновременно, но уровни экспрессии которого меняются обратно пропорционально во времени, и результат индукции TBP сравнивали с контрольной группой. Результат показал, что индукция LTP TBP значительно повышала уровень ВПСП . снижалась ниже порога потенциала действия , апамин добавляли нейротоксин Когда сила стимула для оценки вклада активности SK2 в ВПСП. Это привело к повышению уровня ВПСП с блокировкой каналов SK2. Индукция LTP TBP устраняет вклад канала SK2 в ВПСП. При применении индукции химической ЛТП иммуночастицы для SK2 не были обнаружены в пределах PSD асимметричных синапсов. Однако иммуночастицы SK2 наблюдались внутри внутриклеточных мембран . Активация протеинкиназы А (PKA) снижает поверхностную экспрессию SK2, поскольку PKA регулирует поверхностную экспрессию рецепторов AMPA рецепторов не-NMDA-типа , ионотропных трансмембранных , в гиппокампе. Следовательно, ПКА снижает активность LTP-зависимых каналов SK2. См . «Залог Шаффера № Долгосрочная пластичность» .
Кратковременная пластичность
[ редактировать ]Кратковременная синаптическая пластичность претерпевает важные возрастные изменения, которые имеют решающее значение для развития нервной системы . [2]
Везикулярный релиз в «Коллатерале Шаффера»
[ редактировать ]Трансмиттеры высвобождаются из пресинаптических окончаний путем слияния везикул с мембраной, заполненной нейротрансмиттерами , такими как глутамат . Везикулы экзоцитозируются, а нейромедиаторы возвращаются в пресинаптическое окончание для повторного использования. Эти слитые везикулы затем преимущественно возвращаются обратно в пул быстрой рециркуляции для повторного использования. Дополнительные везикулы в резервном пуле пресинаптической терминали высвобождаются в соответствии с более сильной амплитудной деполяризацией пресинаптического аксона из-за большей пространственной или временной суммации потенциалов действия, что соответствует большей кальция притока поляризации . Скорость эндоцитоза зависит от скорости, с которой везикулы возвращаются в рециркуляционный пул. [11]
Мультивезикулярное высвобождение (MVR) происходит в синапсах коллатерального CA1 Шаффера, когда P повышается при облегчении , и что MVR может быть явлением, общим для многих синапсов по всей центральной нервной системе . [12]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Ваго, Дэвид Р.; Кеснер, Раймонд П. (июнь 2008 г.). «Нарушение прямого перфорантного пути, входящего в субрегион CA1 дорсального гиппокампа, мешает пространственной рабочей памяти и обнаружению нового» . Поведенческие исследования мозга . 189 (2): 273–283. дои : 10.1016/j.bbr.2008.01.002 . ПМК 2421012 . ПМИД 18313770 .
- ^ Jump up to: а б с Шисс, Адриан РБ; Скаллин, Чесса; Дональд Партридж, Л. (апрель 2010 г.). «Созревание коллатеральных синапсов Шаффера порождает фенотип ненадежного базального вызванного высвобождения и очень надежного облегченного высвобождения» . Европейский журнал неврологии . 31 (8): 1377–1387. дои : 10.1111/j.1460-9568.2010.07180.x . ПМЦ 3575738 . ПМИД 20384768 .
- ^ «арборизация» . Бесплатный словарь .
- ^ Смит, Массачусетс; Эллис-Дэвис, Дж. ЧР; Маги, Джей Си (21 февраля 2003 г.). «Механизм зависимого от расстояния масштабирования коллатеральных синапсов Шаффера в пирамидных нейронах CA1 крысы» . Журнал физиологии . 548 (1): 245–258. дои : 10.1113/jphysicalol.2002.036376 . ПМК 2342790 . ПМИД 12598591 .
- ^ Лебо, Женевьева; ДеГрозейерс, Люк; Соссин, Уэйн; Лакайль, Жан-Клод (2011). «МРНК-связывающий белок штауфен-1-зависимая регуляция морфологии шипиков пирамидальных клеток посредством синаптической пластичности, опосредованной рецептором NMDA» . Молекулярный мозг . 4 (1): 22. дои : 10.1186/1756-6606-4-22 . ПМК 3118231 . ПМИД 21635779 .
- ^ Арригони, Эльда; Грин, Роберт В. (май 2004 г.). «Входы коллатерального и перфорантного путей Шаффера активируют разные подтипы рецепторов NMDA в одной и той же пирамидной клетке CA1» . Британский журнал фармакологии . 142 (2): 317–322. дои : 10.1038/sj.bjp.0705744 . ПМК 1574942 . ПМИД 15155538 .
- ^ Jump up to: а б с Комаи, Сёдзи; Мацуяма, Томохиро; Мацумото, Казумаса; Като, Кейко; Кобаяши, Масаюки; Имамура, Казуюки; Ёсида, Сигетака; Угава, Шинья; Сиосака, Садао (апрель 2000 г.). «Нейропсин регулирует раннюю фазу долгосрочной потенциации коллатерального Шаффера в мышином гиппокампе». Европейский журнал неврологии . 12 (4): 1479–1486. дои : 10.1046/j.1460-9568.2000.00035.x . ПМИД 10762375 . S2CID 44257092 .
- ^ Jump up to: а б Лин, Майк Т; Лухан, Рафаэль; Ватанабэ, Масахико; Адельман, Джон П; Мэйли, Джеймс (20 января 2008 г.). «Пластичность канала SK2 способствует LTP в коллатеральных синапсах Шаффера – CA1» . Природная неврология . 11 (2): 170–177. дои : 10.1038/nn2041 . ПМК 2613806 . ПМИД 18204442 .
- ^ Хоффман, Д.А.; Шпренгель, Р.; Сакманн, Б. (21 мая 2002 г.). «Молекулярное рассечение потенциации спаривания тета-всплеска гиппокампа» . Труды Национальной академии наук . 99 (11): 7740–7745. Бибкод : 2002PNAS...99.7740H . дои : 10.1073/pnas.092157999 . ПМК 124338 . ПМИД 12032353 .
- ^ Мейган, Питер С.; Мейган, Старла Э.; Дэвис, Кристофер Дж.; Райт, Джон В.; Хардинг, Джозеф В. (сентябрь 2007 г.). «Влияние ингибирования матриксных металлопротеиназ на краткосрочную и долгосрочную пластичность коллатералей шаффера / синапсов CA1». Журнал нейрохимии . 102 (6): 2085–2096. дои : 10.1111/j.1471-4159.2007.04682.x . ПМИД 17587312 . S2CID 3753928 .
- ^ Стэнтон, Патрик К.; Винтерер, Йохен; Чжан, Сяо-лей; Мюллер, Вольфганг (ноябрь 2005 г.). «Визуализация LTP пресинаптического высвобождения FM1-43 из быстро рециркулирующего пула везикул коллатеральных синапсов Шаффера-CA1 в срезах гиппокампа крыс». Европейский журнал неврологии . 22 (10): 2451–2461. дои : 10.1111/j.1460-9568.2005.04437.x . ПМИД 16307588 . S2CID 9359440 .
- ^ Кристи, Дж. М.; Яр, CE (4 января 2006 г.). «Мультивезикулярное высвобождение в синапсе гиппокампа коллатерального CA1 Шаффера» . Журнал неврологии . 26 (1): 210–216. doi : 10.1523/JNEUROSCI.4307-05.2006 . ПМК 2670931 . ПМИД 16399689 .