Jump to content

Чашечка Хелда

Чашечка удерживаемой микроструктуры

Чашечка Хельда — особенно крупный синапс в млекопитающих слуховой центральной нервной системе , названный так в честь Ганса Хельда, который впервые описал его в своей статье 1893 года Die Centrale Gehörleitung. [1] [2] из-за его сходства с чашечкой цветка. [3] Глобулярные кустистые клетки в передне-вентральном ядре улитки (AVCN) [4] посылают аксоны в контралатеральное медиальное ядро ​​трапециевидного тела (MNTB), где они образуют синапс через эти чашечки на основных клетках MNTB. [5] [6] [7] Эти основные клетки затем проецируются на ипсилатеральную латеральную верхнюю оливу (LSO) . [8] где они подавляют постсинаптические нейроны и обеспечивают основу для обнаружения интераурального уровня (ILD), необходимого для локализации высокочастотного звука. [9] Этот синапс был описан как самый большой в мозге. [10]

Соответствующая концевая луковица Хелда также представляет собой меньший синапс на конце большого аксона (15–30 мкм в диаметре), обнаруженный в других слуховых структурах ствола мозга, а именно в ядре улитки. [11] Как и чашечки, эти синапсы способствуют быстрой и эффективной передаче информации.

Чашечка Хелда удерживает на пресинаптическом терминале пузырьки, содержащие глутамат , пузырьки высвобождаются при стимуляции (берущей начало в слуховой системе). Затем глутамат связывается с двумя известными рецепторами глутамата: AMPA- и NMDA-рецепторами . [12]

Чашечка Хелда, обычно используемая в исследованиях из-за своего большого размера, использовалась для понимания различных механизмов, связанных с развитием и высвобождением пузырьков из синапса.

Чашечка Хелда — часть слуховой системы , соединяющая шаровидные кустистые клетки (ГБК) передне-вентрального ядра улитки с главными нейронами медиального ядра трапециевидного тела (МНТБ). Функция чашечки Хелда как синапса заключается в передаче сигнала от GBC к основным нейронам. Основные нейроны MNTB являются глицинергическими, что приводит к гиперполяризации ядер верхнего оливкового комплекса (SOC) в близлежащих клетках и вызывает тонотопические ингибирующие эффекты. [12] В результате своей роли в стимуляции основных нейронов основная функция чашечки Хелда заключается в обеспечении дифференциации временной активации волосковых клеток улитки, которые важны для локализации звука (обнаружение интераурального уровня). [13]

Обнаружение интераурального уровня возможно через систему чашечек из-за большого относительного размера GBC, чашечки Хелда и основных нейронов. Нейроны боковой верхней оливы особенно важны для выявления этих изменений на межушном уровне. Большой размер аксонов кустистых клеток позволяет тормозному сигналу, вырабатываемому нейронами MNTB, достигать SOC примерно через 0,2 мс после первоначального возбуждения улитки . Это измерение времени ~0,2 миллисекунды важно для сравнения контралатеральной (противоположной стороны) и ипсилатеральной (той же стороны) стимуляции, необходимой для локализации звука в горизонтальной плоскости, и является ключевым моментом в различении местоположения низкочастотных звуков. [12]

Структура

[ редактировать ]
Астроцитарные клетки из мозга крысы, выращенные в культуре тканей и окрашенные антителами к GFAP (красный) и виментину (зеленый). Оба белка присутствуют в больших количествах в промежуточных нитях этой клетки, поэтому клетка выглядит желтой. Синий материал показывает ДНК, визуализируемую красителем DAPI , и показывает ядра астроцитов и других клеток.

У каждого главного нейрона есть одна чашечка, а у большинства аксонов GBC есть только одна чашечка, хотя из этой пары есть исключения. [1] В целом это создает соотношение один к одному между GBC, чашечками Хелда и основными нейронами. Чашечка Хелда включает в себя главный нейрон с четкой морфологией: ветвление чашечки позволяет создавать сети второго и третьего порядка. Каждая ветвь устанавливает связь с основным нейроном, образуя большое количество активных зон. Это необычно для синаптических терминалей головного мозга, поскольку большинство из них создают единую активную зону. [14] Каждая чашечка содержит от 300 до 700 активных зон, и в каждой из активных зон находится около 100 глутаматсодержащих везикул, по 3 состыкованных пузырька одновременно. Эти везикулы большие, что согласуется с данными о квантовом размере в других синапсах взрослых. Также присутствуют везикулы с плотным ядром, обычно содержащие нейропептиды , но необходимы дальнейшие исследования для определения их содержания и функции. [15]

Для поддержания структуры синапса, как и других синапсов, имеется множество микротрубочек . Чашечка имеет большое количество микротрубочек у основания окончания. Эти микротрубочки выполняют различные функции, такие как обеспечение стабильности синапса, ограничение распространения синаптических везикул и локализация митохондрий . Митохондрии выполняют три важные функции на синаптическом терминале: позволяют синапсу удовлетворять метаболические потребности (особенно для удаления кальция после деполяризации ), буферизуют кальций, обеспечивая поглощение кальция митохондриями, и обеспечивают энергию для синтеза глутамата. [12]

различные глиальные клетки С чашечкой Хелда также связаны . Чашечку окружают два типа глиальных клеток: астроциты и NG2 глиальные клетки . Астроциты экспрессируют транспортеры глутамата для удаления глутамата из синапса. Это единственный известный механизм удаления глутамата из синапса. Глиальные клетки NG- 2 экспрессируют АМРА-рецепторы. [12]

Разработка

[ редактировать ]

Общее развитие

[ редактировать ]

На второй день постнатального периода (P2) формируется незрелая крысиная чашечка Хелда, которую легко отличить по характерной морфологии запечатанной ложки . [12] Первичные синаптические контакты, образующие чашечку, собираются между нейронами MNTB (медиального ядра трапециевидного тела) и VCN (вентрального улиткового нерва), в конечном итоге соединяясь друг с другом, проецируясь через среднюю линию двух областей. Эти ассоциации начинают проявляться сразу после генерации нейронов VCN; наиболее раннее формирование этих контактов можно наблюдать примерно на 17-й эмбриональный день (Е17). Эти нейрональные связи, составляющие важную область улитки, образуют друг с другом ветви, оканчивающиеся в чашечке Хелда. В течение следующих двух-трех недель нейрональные контакты, которые сначала сформировали эмбриональную чашечку, изменяют форму и функцию, достигая кульминации в зрелой чашечке, которая способствует последовательному и быстрому распространению сигналов в области MNTB-VCN. [14]

Некоторые избранные процессы происходят во время раннего развития нейронов, чтобы гарантировать правильное формирование чашечек, в частности, за счет влияния фибробластического фактора роста (FGF), фактора транскрипции Math5, молекулы распознавания нервных клеток NB-2 и белков эфрина (Eph) в клетках. Math1/Math5 и FGF — два регулятора, необходимые для соответствующего роста и развития комплекса ядра улитки , который включает как вентральное ядро ​​улитки (VCN), так и дорсальное ядро ​​улитки (DCN). Достаточные уровни FGF обеспечивают правильную морфологию ядер улитки, а Math5 обеспечивает правильный размер и обработку ядра улитки. Math1, другой транскрипционный фактор, необходим для появления нейронов VCN в экстрамуральном потоке улитки, а также нейронов верхнего оливкового комплекса . NB-2 также способствует формированию чашечки Хелда, а также способствует поддержанию контралатерального MNTB. Совместное воздействие этих трех молекул друг на друга иллюстрирует тот факт, что существует множество семейств белков, участвующих в правильной передаче сигналов и формировании чашечки. [14]

Кроме того, белки Eph являются неотъемлемой частью дальнейшего развития системы слухового контура после первоначального формирования эмбриональной чашечки. Одной из характеристик, отличающих белки Eph и их рецепторы от других сигнальных систем, является их способность передавать информацию в двух направлениях. Прямая и обратная передача сигналов в клетках VCN и MNTB важна для правильного количества и формирования VCN и ипсилатеральных проекций MNTB в чашечке. Белки Eph также гарантируют, что, хотя аксоны проходят через ипсилатеральный MNTB, ветвление и окончательное завершение этих отростков происходят только в контралатеральном MNTB, возможно, потому, что белки нацелены только на определенные области аксонов. [14]

два ультраструктурных В целом в чашечке Хелда происходят изменения. Во-первых, на второй неделе развития увеличивается миелинизация аксонов VCN в MNTB. Этот заметный рост миелина соответствует хронологическому развитию сигнальной цепи и адаптации чашечки. Второе ультраструктурное изменение затрагивает основные нейроны MNTB, тела и ядра которых увеличивают площадь поверхности из-за увеличения. Это прямой результат распада отдельных более крупных постсинаптических плотностей на более мелкие и множественные плотности. [14]

Развитие калиевых каналов

[ редактировать ]
Калиевый канал – 2r9r opm

Калиевые каналы жизненно важны для проведения пресинаптического потенциала действия . Чашечка содержит несколько типов калиевых каналов, каждый из которых различается расположением и чувствительностью. Оба низкопороговые К + каналов и высокопороговый выпрямитель с задержкой типа К + каналы присутствуют в пресинаптических нейронах. [15] Есть четыре низкопороговых К. + присутствуют каналы: К в 1,1, К в 1,2, К в 1,3 и К в 7,5. К v 1,1 и K v 1,2 расположены в переходной зоне между аксоном и терминалью, а K v 1,3 и K v 7,5 — в чашечке. [15] В чашечке имеется активируемый кальцием калиевый канал , однако этот тип каналов не способствует высвобождению нейромедиаторов. [12]

В течение одной недели мыши (от P7 до P14) показали, что плотность K v 1 и K v 3 низкопороговых каналов увеличивается, что, в свою очередь, влияет на кинетику каналов. [15]

Развитие натриевых каналов

[ редактировать ]

Изменения в натриевых каналах во время созревания позволяют увеличить скорость пресинаптического потенциала действия. Здесь потенциалы действия становятся быстрее из-за способности натриевых каналов быстрее восстанавливаться после проводимости . Данные показывают, что экспрессия в альфа-субъединице Na V 1.6 , определенного типа натриевых каналов, отвечает за повышенную скорость передачи. Известно, что Na V 1.2 , другой натриевый канал, экспрессируемый в аксонах и узлах, демонстрирует более медленную кинетику. [14]

Чтобы компенсировать миелинизацию (повышенную емкость ), ведущую к чашечке, в последнем узле (область между миелиновой оболочкой) перед окончанием аксона содержится высокая плотность Na + каналы, чтобы обеспечить большой приток (внутренний поток) натрия, чтобы вызвать открытие потенциалзависимых кальциевых каналов в пресинаптическом терминале, вызывая приток кальция.

Развитие кальциевых каналов

[ редактировать ]

В незрелых чашечках Хелда кальций (Ca 2+ ) ионы проникают в нейроны MNTB через Ca N- , P/Q- и R-типа. 2+ каналы , но в зрелых чашечках Ca 2+ приток происходит преимущественно через каналы типа P/Q. [14] Са N- и R-типа 2+ рецепторы менее склонны вызывать высвобождение пузырьков, поскольку эти типы рецепторов находятся дальше от мест высвобождения. Следовательно, ионы кальция, попадающие в каналы N- и R-типа, увеличивают концентрацию ионов кальция в областях, менее важных для функции чашечки.

Блокировка Ca 2+ каналы могут возникать за счет использования рецепторов, связанных с G-белком , активируемых следующими нейротрансмиттерами: [12]

В ионных каналах происходят изменения, способствующие более быстрой передаче: [12]

  • Уже + и К + каналы меняются, чтобы пре- и постсинаптические потенциалы действия проявлялись быстрее.
  • Каналы K v 3 также активируются гораздо быстрее.
  • Размер пресинаптического Ca 2+ токи увеличиваются.
  • Механизм открытия глутаматных рецепторов становится быстрее
Норадреналин
Серотонин
ПЕРЕДНИЙ
Глутаминовая кислота
Аденозин

Развитие лиганд-зависимых каналов

[ редактировать ]

Помимо глутаматного рецептора, лишь несколько других лиганд-управляемых каналов в незрелых чашечках Хелда обнаружено : ионотропный ГАМК А и глициновый рецептор . Эти рецепторы пропускают хлорид (Cl ) течь через мембрану, и из-за высокой концентрации хлоридов в терминалях эти рецепторы деполяризуются. [12]

Фенестрация

[ редактировать ]

Между второй и третьей неделями постнатального периода, примерно в момент начала слуха, чашечка Хелда приобретает характерный, сильно окончатый (много отверстий) вид. [14] Фенестрация приводит к тому, что мембрана сокращается до множества мелких отсеков, что увеличивает соотношение поверхности к объему чашечки Хелда. По мере того, как мембрана все больше сжимается в этих луковицеобразных структурах, синаптические везикулы группируются в этих пространствах, что приводит к увеличению количества состыкованных везикул. [12]

Чтобы компенсировать имеющиеся места в чашечке, глиальные клетки с глутаматными рецепторами и транспортами заполняют открытые пространства, обеспечивая эффективное поглощение глутамата в синапсе.

Механизм

[ редактировать ]
(А) Пресинаптический нейрон. (Б) Постсинаптический нейрон. (1) Митохондрии. (2) Синаптический везикула, наполненная нейромедиатором. (3) Ауторецептор. (4) Синаптическая щель. (5) Рецептор нейромедиатора. (6) Кальциевый канал. (7) Слитая везикула, высвобождающая нейромедиатор. (8) Насос обратного захвата нейромедиаторов

Как синапс, чашечка Хелда действует по механизму, аналогичному другим синапсам. Подробное описание можно найти в разделе нейротрансмиссия .

Приток кальция

[ редактировать ]

Приток кальция в незрелую чашечку Хелда опосредован кальциевыми каналами N- , P / Q- и R-типа ; однако при созревании доминируют только кальциевые каналы P/Q-типа. [14] При притоке кальция незрелая чашечка Хелда обладает высокой реактивностью из-за своей небольшой кальциевой буферной способности – это вызывает высвобождение глутамата даже при низких уровнях притока кальция. Внутри терминала, как и в других синапсах, два иона кальция связываются с синаптотагмином , чтобы вызвать высвобождение везикул - в чашечках Хелда в везикулах высвобождается глутамат. Помимо высвобождения везикул, ионы кальция сигнализируют окончанию чашечки о возвращении в неактивное состояние. При притоке кальция белок, связывающий элемент ответа цАМФ (CREB), фосфорилируется , изменяя концентрацию калия внутри клетки, возвращая терминал в неактивное состояние. [14] Удаление кальция осуществляется различными методами, в том числе: удалением из терминаля, попаданием в митохондрии или связыванием с кальцийсвязывающими белками, такими как парвальбумин и кальретинин . [12]

Пресинаптическое торможение

[ редактировать ]

Ретроградная передача сигналов необходима в чашечке Хелда для регулирования уровней кальция в пресинаптическом терминале. Активация метаботропных рецепторов глутамата (mGluRs) активирует вторичный мессенджер G-белка, который взаимодействует с кальциевыми каналами P/Q-типа, снижая проводимость. Кроме того, размер пула везикул увеличивается, а вероятность высвобождения снижается. Другие методы пресинаптического торможения включают норадреналин, серотонин и аденозин – эти методы наблюдаются только в незрелых чашечках Хелда. [14]

Постсинаптические глутаматные рецепторы

[ редактировать ]
Рецептор AMPA, связанный с антагонистом глутамата, имеющий аминоконцевой, лигандсвязывающий и трансмембранный домен, PDB 3KG2.

Глутаматные рецепторы присутствуют на постсинаптическом терминале – эти два типа включают ионотропные АМРА- и NMDA-рецепторы . Как возбуждающий нейротрансмиттер, глутамат почти всегда вызывает запуск потенциала действия на постсинаптической стороне, чему дополнительно способствует низкий уровень внутреннего натрия в основных нейронах. [12] В зрелой чашечке рецепторы AMPA сосредоточены на главном нейроне, чтобы локализовать передачу и повысить вероятность потенциала действия. Также обратите внимание, что вклад глутаматных рецепторов NMDA-типа снижается после появления слуха. [12]

Эндоцитоз пресинаптических пузырьков

[ редактировать ]

Механизм эндоцитоза синаптических пузырьков меняется по мере того, как чашечка становится более зрелой. Кальмодулин и кальциневрин в их активной форме необходимы для эндоцитоза везикул в незрелой чашечке; однако в зрелой чашечке нет необходимости ни в кальмодулине, ни в кальциневрине. Скорее, этот процесс опосредован энергией, создаваемой гидролизом GTP. [14] Для загрузки глутамата в везикулы на конце используются два белка: везикулярный транспортер 1 глутамата (VGLUT1) и VGLUT2.

Высокопороговые калиевые каналы в постсинаптической мембране обеспечивают быструю реполяризацию нейрона-мишени. Низкопороговые калиевые каналы постсинаптического нейрона снижают возбудимость нейрона, ограничивая его активацию только самыми крупными синаптическими входами. [12]

Важность исследования

[ редактировать ]

Чашечка Хелда стала популярной модельной системой в области нейробиологии. Наличие этого синапса в нервной системе млекопитающих позволило проводить прямые исследования на модели млекопитающих, а большой размер упрощает электрофизиологическую запись. По этим причинам он стал популярен в понимании выпуска передатчика.

В частности, чашечка Хелда используется по следующим причинам: [12]

  1. простота пресинаптической патч-кламп- записи.
  2. возможность контролировать высвобождение медиатора при измерении пре- и постсинаптических эффектов.
  3. простота визуализации и измерения емкости.
  4. использование вирусов для наблюдения за чашечкой Хелда как экзогенной системой экспрессии.
  5. возможность проводить эксперименты in vivo.
  1. ^ Перейти обратно: а б Хелд, Х. «Центральная слуховая проводимость» Арх. Анат, 1893 г.
  2. ^ Рюго, Дэвид К.; Спироу, Джордж А. (01 января 2017 г.), «Гигантские синаптические терминали: луковицы и чашечки слуховой системы☆» , Справочный модуль по нейронауке и биоповеденческой психологии , Elsevier, ISBN  978-0-12-809324-5 , получено 5 марта 2021 г.
  3. ^ Зецлер, К.; Зёль, Л.Ф.; Боллманн, Дж. Х.; Борст, Дж.Г.; Фротчер, М.; Сакманн, Б.; Любке, Дж. Х. (2002). «Трехмерная реконструкция чашечки Хелда и ее главного постсинаптического нейрона в медиальном ядре трапециевидного тела» . Журнал неврологии . 22 (24): 10567–10579. doi : 10.1523/JNEUROSCI.22-24-10567.2002 . ПМК   6758464 . ПМИД   12486149 . S2CID   18520148 .
  4. ^ Ян, Х.; Сюй-Фридман, Массачусетс (2013). «Стохастические свойства высвобождения нейротрансмиттеров расширяют динамический диапазон синапсов» . Журнал неврологии . 33 (36): 14406–14416. doi : 10.1523/JNEUROSCI.2487-13.2013 . ПМК   3761050 . ПМИД   24005293 .
  5. ^ Смит, PH; Йорис, ПХ; Карни, Л.Х.; Инь, ТКТ (1991). «Проекции физиологически охарактеризованных аксонов глобулярных кустистых клеток из ядра улитки кошки». Журнал сравнительной неврологии . 304 (3): 387–407. дои : 10.1002/cne.903040305 . ПМИД   2022755 . S2CID   18844385 .
  6. ^ Смит, PH; Йорис, ПХ; Инь, ТК (1998). «Анатомия и физиология основных клеток медиального ядра трапециевидного тела (МНТБ) кошки». Журнал нейрофизиологии . 79 (6): 3127–3142. дои : 10.1152/jn.1998.79.6.3127 . ПМИД   9636113 .
  7. ^ Борст, JGG; Сория Ван Хув, Дж. (2012). «Чашечка удерживаемого синапса: от модельного синапса к слуховому реле». Ежегодный обзор физиологии . 74 : 199–224. doi : 10.1146/annurev-psyol-020911-153236 . ПМИД   22035348 .
  8. ^ Спенглер, К.М.; Уорр, ВБ; Хенкель, СК (1985). «Проекции основных клеток медиального ядра трапециевидного тела кошки». Журнал сравнительной неврологии . 238 (3): 249–262. дои : 10.1002/cne.902380302 . ПМИД   4044914 . S2CID   35642962 .
  9. ^ Цучитани, К. (1997). «Вход от медиального ядра трапециевидного тела к интерауральному детектору уровня». Исследование слуха . 105 (1–2): 211–224. дои : 10.1016/S0378-5955(96)00212-2 . ПМИД   9083818 . S2CID   4780393 .
  10. ^ Морест, ДК (1968). «Коллатеральная система медиального ядра трапециевидного тела кошки, ее нейронная архитектура и связь с оливокохлеарным пучком». Мозговой Рес . 9 (2): 288–311. дои : 10.1016/0006-8993(68)90235-7 . ПМИД   5679830 .
  11. ^ Рюго Д.К., Монти К.Л., Райт А.Л., Беннетт М.Л., Понгстапорн Т. (2006). «Постнатальное развитие терминаля большого слухового нерва: луковица Хелда у кошек». Исследование слуха . 216–217: 100–115. дои : 10.1016/j.heares.2006.01.007 . ПМИД   16497457 . S2CID   4676902 .
  12. ^ Перейти обратно: а б с д и ж г час я дж к л м н тот п Борст, JGG; Русу, С.И. (2012). Трасселл, Лоуренс ; Поппер, Артур; Фэй, Ричард (ред.). Глава 5: Чашечка удерживаемого синапса . Нью-Йорк: Springer-Verlag. стр. 95–134. ISBN  978-1-4419-9516-2 .
  13. ^ Цучитани, Чиеко (март 1997 г.). «Вход от медиального ядра трапециевидного тела к интерауральному детектору уровня». Исследование слуха . 105 (1–2): 211–224. дои : 10.1016/S0378-5955(96)00212-2 . ПМИД   9083818 . S2CID   4780393 .
  14. ^ Перейти обратно: а б с д и ж г час я дж к л Накамура, Пол А.; Крамер, Карина С. (июнь 2011 г.). «Формирование и созревание чашечки Хелда» . Исследование слуха . 276 (1–2): 70–78. дои : 10.1016/j.heares.2010.11.004 . ПМК   3109188 . ПМИД   21093567 .
  15. ^ Перейти обратно: а б с д Борст, Г.; Сория ван Хув, Джон; Джерард, Дж. (17 марта 2012 г.). «Чашечка удерживаемого синапса: от модельного синапса к слуховому реле». Ежегодный обзор физиологии . 74 (1): 199–224. doi : 10.1146/annurev-psyol-020911-153236 . ПМИД   22035348 .
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: c6f157cbd8951c219fddac79f193ae4f__1722082260
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/c6/4f/c6f157cbd8951c219fddac79f193ae4f.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Calyx of Held - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)