Нейротрансмиссия (лат: transmissio «проход, переход» от transmittere «отправить, пусть через») представляет собой процесс , посредством которого сигнальные молекулы называемые нейротрансмиттеры освобождаются от аксона в виде нейрона (пресинаптического нейрона), и связываются с и реагируют с рецепторы на дендритах другого нейрона (постсинаптического нейрона) на небольшом расстоянии. Аналогичный процесс происходит при ретроградной нейротрансмиссии , когда дендриты постсинаптического нейрона высвобождают ретроградные нейротрансмиттеры (например, эндоканнабиноиды ; синтезируются в ответ на повышение внутриклеточного уровни кальция ), которые передают сигнал через рецепторы, расположенные на конце аксона пресинаптического нейрона, в основном в ГАМКергических и глутаматергических синапсах . [1] [2] [3] [4]
Нейротрансмиссия регулируется несколькими различными факторами: доступностью и скоростью синтеза нейромедиатора, высвобождением этого нейромедиатора, базовой активностью постсинаптической клетки, количеством доступных постсинаптических рецепторов, с которыми нейротрансмиттер должен связываться, и последующими удаление или дезактивация нейромедиатора ферментами или пресинаптическим обратным захватом. [5] [6]
В ответ на пороговый потенциал действия или ступенчатый электрический потенциал нейротрансмиттер высвобождается на пресинаптическом окончании . Освободившийся нейротрансмиттер может затем перемещаться по синапсу, чтобы быть обнаруженным и связываться с рецепторами в постсинаптическом нейроне. Связывание нейротрансмиттеров может влиять на постсинаптический нейрон тормозным или возбуждающим образом. Связывание нейротрансмиттеров с рецепторами в постсинаптическом нейроне может запускать либо краткосрочные изменения, такие как изменения мембранного потенциала, называемые постсинаптическими потенциалами , либо более долгосрочные изменения за счет активации сигнальных каскадов .
Нейроны образуют сложные биологические нейронные сети, через которые проходят нервные импульсы (потенциалы действия). Нейроны не соприкасаются друг с другом (кроме случая электрического синапса через щелевой переход ); вместо этого нейроны взаимодействуют в точках тесного контакта, называемых синапсами. Нейрон передает информацию посредством потенциала действия. Когда нервный импульс достигает синапса, он может вызвать высвобождение нейромедиаторов, которые влияют на другой (постсинаптический) нейрон. Постсинаптический нейрон может получать сигналы от многих дополнительных нейронов, как возбуждающих, так и тормозных. Возбуждающие и тормозящие влияния суммируются, и если суммарный эффект является тормозящим, нейрон будет с меньшей вероятностью «срабатывать» (т. Е. Генерировать потенциал действия), а если суммарный эффект является возбуждающим, нейрон с большей вероятностью будет «стрелять» (т. Е. Генерировать потенциал действия). Пожар. Насколько вероятно, что нейрон сработает, зависит от того, насколько далеко его мембранный потенциал находится от порогового потенциала , напряжения, при котором срабатывает потенциал действия, потому что активируется достаточно зависимых от напряжения натриевых каналов , так что чистый входящий натриевой ток превышает все внешние токи. [7] Возбуждающие входные сигналы приближают нейрон к порогу, в то время как тормозящие входные сигналы отдаляют нейрон от порогового значения. Потенциал действия - это событие «все или ничего»; нейроны, мембраны которых не достигли порога, не будут срабатывать, тогда как те, что достигли порога, должны срабатывать. Как только потенциал действия инициирован (традиционно на бугорке аксона ), он будет распространяться вдоль аксона, приводя к высвобождению нейромедиаторов в синаптическом бутоне для передачи информации еще одному соседнему нейрону.
Этапы нейротрансмиссии в синапсе
- Синтез нейромедиатора. Это может происходить в теле клетки , в аксоне или в конце аксона .
- Хранение нейромедиатора в гранулах или везикулах в терминале аксона.
- Кальций входит в терминал аксона во время потенциала действия, вызывая высвобождение нейромедиатора в синаптическую щель.
- После своего высвобождения передатчик связывается и активирует рецептор в постсинаптической мембране.
- Деактивация нейромедиатора. Нейромедиатор либо разрушается ферментативно, либо попадает обратно в терминал, откуда он поступил, где он может быть повторно использован, либо разрушен и удален. [8]
Общее описание
Нейротрансмиттеры спонтанно упаковываются в пузырьки и высвобождаются отдельными квантовыми пакетами независимо от пресинаптических потенциалов действия. Это медленное высвобождение поддается обнаружению и вызывает микроингибиторные или микровозбуждающие эффекты на постсинаптический нейрон. Потенциал действия кратко усиливает этот процесс. Везикулы, содержащие нейротрансмиттер, группируются вокруг активных центров, и после того, как они высвобождаются, они могут повторно использоваться одним из трех предложенных механизмов. Первый предложенный механизм включает частичное открытие, а затем повторное закрытие пузырька. Вторые два включают полное слияние везикулы с мембраной с последующей рециркуляцией или рециркуляцией в эндосому. Везикулярное слияние в значительной степени обусловлено концентрацией кальция в микродоменах, расположенных рядом с кальциевыми каналами, что позволяет высвобождать нейромедиатор всего за микросекунды, в то время как возвращение к нормальной концентрации кальция занимает пару сотен микросекунд. Считается, что экзоцитоз везикул управляется белковым комплексом под названием SNARE , который является мишенью для ботулотоксинов . После высвобождения нейромедиатор попадает в синапс и встречает рецепторы. Рецепторы нейротрансмиттеров могут быть ионотропными или связанными с g-белком. Ионотропные рецепторы позволяют ионам проходить через них при агонировании лигандом. Основная модель включает рецептор, состоящий из нескольких субъединиц, которые позволяют координировать предпочтение ионов. Рецепторы, связанные с G-белком, также называемые метаботропными рецепторами, при связывании с лигандом претерпевают конформационные изменения, приводящие к внутриклеточному ответу. Прекращение активности нейротрансмиттера обычно осуществляется транспортером, однако ферментативная дезактивация также возможна. [9]
Суммирование
Каждый нейрон соединяется с множеством других нейронов, получая от них многочисленные импульсы. Суммирование - это сложение этих импульсов на бугорке аксона. Если нейрон получает только возбуждающие импульсы, он генерирует потенциал действия. Если вместо этого нейрон получает столько же тормозных импульсов, сколько и возбуждающих импульсов, торможение нейтрализует возбуждение, и нервный импульс на этом останавливается. [10] Генерация потенциала действия пропорциональна вероятности и характеру высвобождения нейромедиаторов, а также постсинаптической сенсибилизации рецепторов. [11] [12] [13]
Пространственное суммирование означает, что эффекты импульсов, полученных в разных местах нейрона, складываются, так что нейрон может активироваться, когда такие импульсы принимаются одновременно, даже если каждого импульса самого по себе не будет достаточно, чтобы вызвать срабатывание.
Временное суммирование означает, что эффекты импульсов, полученных в одном и том же месте, могут складываться, если импульсы принимаются в близкой временной последовательности. Таким образом, нейрон может срабатывать при получении нескольких импульсов, даже если каждого импульса самого по себе недостаточно, чтобы вызвать срабатывание. [14]
Конвергенция и расхождение
Нейротрансмиссия подразумевает как конвергенцию, так и расхождение информации. Сначала на один нейрон влияют многие другие, что приводит к сходимости входных данных. Когда нейрон срабатывает, сигнал отправляется многим другим нейронам, что приводит к расхождению выходных сигналов. Этот нейрон влияет на многие другие нейроны. [ необходима цитата ]
Котрансмиссия
Котрансмиссия - это высвобождение нескольких типов нейромедиаторов из одного нервного окончания .
На нервном окончании нейротрансмиттеры присутствуют в покрытых мембранами пузырьках размером 35-50 нм, которые называются синаптическими пузырьками . Для высвобождения нейротрансмиттеров синаптические везикулы временно стыкуются и сливаются в основании специализированных чашеобразных липопротеиновых структур 10-15 нм на пресинаптической мембране, называемых поросомами . [15] Протеом нейрональных поросом был решен, обеспечивая молекулярную архитектуру и полный состав механизмов. [16]
Недавние исследования множества систем показали, что большинство, если не все, нейроны испускают несколько различных химических посредников. [17] Котрансмиссия допускает более сложные эффекты на постсинаптические рецепторы и, таким образом, обеспечивает более сложную коммуникацию между нейронами.
В современной нейробиологии нейроны часто классифицируют по их котрансмиттеру. Например, «ГАМКергические нейроны» полосатого тела используют опиоидные пептиды или вещество P в качестве своего основного котрансмиттера.
Некоторые нейроны могут высвобождать по крайней мере два нейротрансмиттера одновременно, а другой является котрансмиттером, чтобы обеспечить стабилизирующую отрицательную обратную связь, необходимую для значимого кодирования, в отсутствие тормозящих интернейронов . [18] Примеры включают:
- ГАМК - совместное высвобождение глицина .
- Дофамин - глутамат со-релиз.
- Совместное высвобождение ацетилхолина (Ach) и глутамата.
- Совместное высвобождение ACh– вазоактивного кишечного пептида (VIP).
- Совместное высвобождение ACh -пептида, связанного с геном кальцитонина (CGRP).
- Совместное высвобождение глутамата и динорфина (в гиппокампе ).
Норадреналин и АТФ являются симпатическими передатчиками. Установлено , что эндоканнабиноид анандамид и каннабиноиды WIN 55,212-2 могут изменить общую реакцию на симпатическую стимуляцию нерва, и указует , что пресинаптические рецепторы СВ1 опосредовать симпато -inhibitory действия. Таким образом, каннабиноиды могут ингибировать как норадренергические, так и пуринергические компоненты симпатической нейротрансмиссии. [19]
Одной из необычных пар ко-трансмиттеров является ГАМК и глутамат, которые высвобождаются из одних и тех же окончаний аксонов нейронов, происходящих из вентральной тегментальной области (VTA), внутреннего бледного шара и супраммиллярного ядра . [20] Первые два проекта к уздечке , тогда как выступы из supramammillary ядра , как известно, нацелена на зубчатую извилине гиппокампа. [20]
Генетическая ассоциация
Нейротрансмиссия генетически связана с другими характеристиками или особенностями. Например, расширенный анализ различных сигнальных путей привел к открытию генетической ассоциации с внутричерепным объемом. [21]
Смотрите также
- Авторецептор
- Модель биологического нейрона § Синаптическая передача
- Электрофизиология
- Рецептор, связанный с G-белком
- Молекулярная нейрофармакология
- Нервно-мышечная передача
- Нейропсихофармакология
Рекомендации
- ^ Мелис M, Pistis M (декабрь 2007). "Эндоканнабиноидная передача сигналов в дофаминовых нейронах среднего мозга: больше, чем физиология?" . Современная нейрофармакология . 5 (4): 268–77. DOI : 10.2174 / 157015907782793612 . PMC 2644494 . PMID 19305743 .
Таким образом, возможно, что низкие уровни рецепторов CB1 локализуются на глутаматергических и ГАМКергических окончаниях, воздействующих на DA нейроны [127, 214], где они могут точно настраивать высвобождение тормозного и возбуждающего нейромедиатора и регулировать активацию DA нейронов.
Соответственно, электрофизиологические эксперименты in vitro, проведенные независимыми лабораториями, предоставили доказательства локализации рецептора CB1 на глутаматергических и ГАМКергических окончаниях аксонов в VTA и SNc. - ^ Флорес А., Мальдонадо Р., Беррендеро Ф. (декабрь 2013 г.). «Перекрестный разговор между каннабиноидом и гипокретином в центральной нервной системе: что мы знаем до сих пор» . Границы неврологии . 7 : 256. DOI : 10,3389 / fnins.2013.00256 . PMC 3868890 . PMID 24391536 .
Прямое взаимодействие CB1-HcrtR1 было впервые предложено в 2003 г. (Hilairet et al., 2003). Действительно, при совместной экспрессии CB1 и HcrtR1 наблюдалось 100-кратное увеличение способности гипокретина-1 активировать передачу сигналов ERK ... В этом исследовании более высокая эффективность гипокретина-1 в регулировании гетеромера CB1-HcrtR1 по сравнению с с гомомером HcrtR1-HcrtR1 (Ward et al., 2011b). Эти данные позволяют однозначно идентифицировать гетеромеризацию CB1-HcrtR1, которая оказывает существенное функциональное влияние. ... Существование перекрестной связи между гипокретинергической и эндоканнабиноидной системами убедительно подтверждается их частично перекрывающимся анатомическим распределением и общей ролью в нескольких физиологических и патологических процессах. Однако о механизмах, лежащих в основе этого взаимодействия, известно немного. ... Действуя как ретроградный мессенджер, эндоканнабиноиды модулируют глутаматергические возбуждающие и ГАМКергические ингибирующие синаптические входы в дофаминергические нейроны VTA и передачу глутамата в NAc. Таким образом, активация рецепторов CB1, присутствующих на окончаниях аксонов ГАМКергических нейронов в VTA, ингибирует передачу ГАМК, устраняя этот ингибирующий вход на дофаминергические нейроны (Riegel and Lupica, 2004). Синаптическая передача глутамата в VTA и NAc, в основном от нейронов PFC, аналогичным образом модулируется активацией рецепторов CB1 (Melis et al., 2004).
• Рисунок 1: Схема экспрессии CB1 мозга и орексинергических нейронов, экспрессирующих OX1 (HcrtR1) или OX2 (HcrtR2).
• Рисунок 2: Синаптические сигнальные механизмы в каннабиноидной и орексиновой системах.
• Рисунок 3: Схема мозговых путей, участвующих в приеме пищи. - ^ Фройнд Т.Ф., Катона I, Пиомелли Д. (июль 2003 г.). «Роль эндогенных каннабиноидов в синаптической передаче сигналов» . Физиологические обзоры . 83 (3): 1017–66. DOI : 10.1152 / Physrev.00004.2003 . PMID 12843414 .
- ^ Аяканну, Тангесверан; Тейлор, Энтони Х .; Marczylo, Timothy H .; Виллетс, Джонатон М .; Конье, Джастин С. (2013). «Эндоканнабиноидная система и раковые заболевания, зависимые от половых стероидных гормонов» . Международный журнал эндокринологии . 2013 : 259676. дои : 10,1155 / 2013/259676 . ISSN 1687-8337 . PMC 3863507 . PMID 24369462 .
- ^ Нагацу, Т. (декабрь 2000 г.). «[Молекулярные механизмы нейротрансмиссии]». Риншо Синкэйгаку = Клиническая неврология . 40 (12): 1185–1188. ISSN 0009-918X . PMID 11464453 .
- ^ Andreae, Laura C .; Бурроне, Хуан (март 2018 г.). «Роль спонтанной нейротрансмиссии в развитии синапсов и цепей» . Журнал неврологических исследований . 96 (3): 354–359. DOI : 10.1002 / jnr.24154 . ISSN 0360-4012 . PMC 5813191 . PMID 29034487 .
- ^ Холден А., Уинлоу В. (1984). Нейробиология боли: симпозиум Северной группы нейробиологов, состоявшийся в Лидсе 18 апреля 1983 г. (1-е изд.). Манчестерский университет, пр. п. 111. ISBN 978-0719010613.
- ^ Колб Б., Уишоу IQ (2003). Основы нейропсихологии человека (5-е изд.). Ценность. С. 102–104. ISBN 978-0-7167-5300-1. (ссылка для всех пяти этапов)
- ^ Сквайр Л., Берг Д., Блум Ф. Э., дю Лак С., Гош А., Спитцер, Северная Каролина (2013). Фундаментальная неврология (4-е изд.). Амстердам: Elsevier / Academic Press. С. 133–181. ISBN 978-0-12-385870-2.
- ^ Уильямс С.М., Макнамара Дж.О., Ламантия А., Кац Л.С., Фицпатрик Д., Августин Г.Дж., Первес Д. (2001). Purves D, Augustine GJ, Fitzpatrick D и др. (ред.). Суммирование синаптических потенциалов . Неврология (2-е изд.). Сандерленд (Массачусетс): Sinauer Associates.
- ^ Ван Дж. Х., Вэй Дж., Чен Х, Ю Дж., Чен Н., Ши Дж. (Сентябрь 2008 г.). «Усиление и точность моделей передачи в корковых возбуждающих унитарных синапсах улучшают кодирование спайков» . Журнал клеточной науки . 121 (Pt 17): 2951–60. DOI : 10,1242 / jcs.025684 . PMID 18697836 .
- ^ Ю Дж, Цянь Х, Чен Н, Ван ДжХ (2011). «Квантовое высвобождение глутамата необходимо для надежного кодирования нейронов в церебральных сетях» . PLOS ONE . 6 (9): e25219. Bibcode : 2011PLoSO ... 625219Y . DOI : 10.1371 / journal.pone.0025219 . PMC 3176814 . PMID 21949885 .
- ^ Ю Дж, Цянь Х, Ван Дж Х (август 2012 г.). «Повышающая регуляция вероятности высвобождения передатчика улучшает преобразование синаптических аналоговых сигналов в нейронные цифровые импульсы» . Молекулярный мозг . 5 (26): 26. DOI : 10,1186 / 1756-6606-5-26 . PMC 3497613 . PMID 22852823 .
- ^ Хеверн VW. «PSY 340 Мозг и поведение» . Архивировано из оригинального 19 -го февраля 2006 года.
- ^ Андерсон Л.Л. (2006). «Открытие« поросомы »; универсальный секреторный аппарат в клетках» . Журнал клеточной и молекулярной медицины . 10 (1): 126–31. DOI : 10.1111 / j.1582-4934.2006.tb00294.x . PMC 3933105 . PMID 16563225 .
- ^ Ли Дж. С., Джеремич А., Шин Л., Чо В. Дж., Чен Х, Джена Б. П. (июль 2012 г.). «Протеом нейрональных поросом: молекулярная динамика и архитектура» . Журнал протеомики . 75 (13): 3952–62. DOI : 10.1016 / j.jprot.2012.05.017 . PMC 4580231 . PMID 22659300 .
- ^ Трюдо Л. Е., Гутьеррес Р. (июнь 2007 г.). «О котрансмиссии и пластичности фенотипа нейромедиаторов». Молекулярные вмешательства . 7 (3): 138–46. DOI : 10,1124 / mi.7.3.5 . PMID 17609520 .
- ^ Томас EA, Борнштейн JC (2003). «Тормозная котрансмиссия или постгиперполяризационные потенциалы могут регулировать возбуждение в повторяющихся сетях с возбуждающей метаботропной передачей». Неврология . 120 (2): 333–51. DOI : 10.1016 / S0306-4522 (03) 00039-3 . PMID 12890506 . S2CID 26851745 .
- ^ Пакдихот П., Данн В. Р., Ралевич В. (ноябрь 2007 г.). «Каннабиноиды подавляют норадренергическую и пуринергическую симпатическую котрансмиссию в изолированном брыжеечном артериальном русле крысы» . Британский журнал фармакологии . 152 (5): 725–33. DOI : 10.1038 / sj.bjp.0707397 . PMC 2190027 . PMID 17641668 .
- ^ а б Dh, корень; S, Чжан; Dj, Баркер; Джей, Миранда-Барриентос; B, Лю; Hl, Wang; М, Моралес (19.06.2018). «Избирательное распределение мозга и отличительная синаптическая архитектура двойных глутаматергических-ГАМКергических нейронов» . Отчеты по ячейкам . 23 (12): 3465–3479. DOI : 10.1016 / j.celrep.2018.05.063 . PMC 7534802 . PMID 29924991 .
- ^ Adams HH, Hibar DP, Chouraki V, Stein JL, Nyquist PA, Rentería ME, et al. (Декабрь 2016 г.). «Новые генетические локусы, лежащие в основе внутричерепного объема человека, идентифицированные посредством общегеномной ассоциации» . Природа Неврологии . 19 (12): 1569–1582. DOI : 10.1038 / nn.4398 . PMC 5227112 . PMID 27694991 .
Внешние ссылки
- Историческая эволюция концепции нейротрансмиссии