Глиотрансмиттеры - это химические вещества, выделяемые глиальными клетками, которые облегчают нейронную связь между нейронами и другими глиальными клетками. Они обычно индуцируются передачей сигналов Ca 2+ , [1] хотя недавние исследования поставили под сомнение роль Ca 2+ в глиотрансмиттерах и могут потребовать пересмотра значимости глиотрансмиттеров в передаче сигналов нейронов в целом. [2]
Хотя глиотрансмиттеры могут высвобождаться из любой глиальной клетки, включая олигодендроциты , астроциты и микроглию , они в основном высвобождаются из астроцитов. [ необходима цитата ] Астроциты полагаются на щелевые соединения для связи 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 контактировать 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
Слово «глия» иллюстрирует изначальное убеждение ученых, что эти клетки играют пассивную роль в передаче нейронных сигналов, отвечая только за нейронную структуру и поддержку в мозге. [4] Глиальные клетки не могут производить потенциалы действия, и поэтому не предполагалось, что они играют важную и активную коммуникативную роль в центральной нервной системе, поскольку синаптическая передача между нейронами инициируется потенциалом действия. Однако исследования показывают, что эти клетки проявляют возбудимость при изменении внутриклеточных концентраций Ca 2+ . Глиотрансмиссия происходит из-за способности глиальных клеток вызывать возбудимость при изменении концентрации Ca 2+ . Изменения в концентрации Ca 2+ коррелируют с токами от нейронов, опосредованных рецептором NMDA, которые измеряются в соседних нейронах вентробазального (VB) таламуса. [3] Поскольку количество глиальных клеток значительно превышает количество нейронов в головном мозге, на их долю приходится более 70% всех клеток центральной нервной системы, глиотрансмиттеры, выделяемые астроцитами, потенциально могут быть очень влиятельными и важными как в центральной нервной системе, так и внутри нее. другие нервные системы по всему телу. [5] Эти клетки не просто выполняют функции структурной поддержки, но также могут принимать участие в межклеточной коммуникации с нейронами, микроглией и другими астроцитами, получая входные данные, организуя информацию и посылая химические сигналы. [5] Сигнал Ca 2+ от астроцита также может участвовать в контроле кровотока в головном мозге. [3]
Было показано, что глиотрансмиттеры контролируют развитие синапсов и регулируют синаптическую функцию, и их высвобождение может приводить к паракринному действию 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 рецептор-мишень и действие.
Глиальные клетки важны для гормональной и нейроэндокринной функции в центральной нервной системе и играют активную роль во 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.
Типы глиотрансмиттеров
Основные типы глиотрансмиттеров, высвобождаемых астроцитами, включают глутамат и АТФ . Глутамат является основным возбуждающим нейромедиатором в центральной нервной системе, который также может быть определен как глиотрансмиттер из-за его способности увеличивать цитозольные концентрации Ca 2+ в астроцитах. [7] [8] Его основные целевые рецепторы 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 высвобождения и частоты постсинаптических токов, зависимых от AMPA-рецептора. [1] NMDAR контролируются рецептором потенциал -зависимого канала, который блокируется магнием. [7] Кальций может поступать через каналы NMDAR из-за деполяризации клетки, которая снимает блокировку магния и, следовательно, активирует эти рецепторы. [7]
АТФ - это глиотрансмиттер, который высвобождается из астроцитов и ограничивает активность нейронов. АТФ нацелен на рецепторы P2X, P2Y и A1. [1] АТФ выполняет несколько функций в качестве глиотрансмиттера, включая введение рецепторов AMPA в постсинаптический терминал, паракринную активность через кальциевые волны в астроцитах и подавление синаптической передачи. [1] Активность нейронов в сетчатке 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, чтобы активировать пуринергические рецепторы, которые увеличивают выработку глиотрансмиттеров. [10] Механизм высвобождения АТФ из астроцитов не совсем понятен. Хотя неясно, является ли АТФ-опосредованная глиотрансмиссия кальциевой зависимостью, считается, что высвобождение АТФ частично зависит от белков Ca 2+ и SNARE и включает несколько путей, причем экзоцитоз является предлагаемым методом высвобождения. [5] [8]
К другим менее распространенным глиотрансмиттерам относятся:
- гомоцистеиновая кислота , эндогенный агонист рецептора N-метил- (D) -аспарагиновой кислоты ( NMDA R)
- таурин
- предсердный натрийуретический фактор (АНФ)
- фактор некроза опухоли -альфа (TNF-альфа)
- ГАМК . [11]
Связь между ячейками
В то время как нейротрансмиссия определяется как обмен информацией между нейронами, глиотрансмиссия происходит не просто между астроцитами, но также между астроцитами, нейронами и микроглией. [5] Между астроцитами может инициироваться «волна Ca [2+] » активности, даже когда они не контактируют друг с другом, стимулируя высвобождение глиотрансмиттеров. [5]
Глиотрансмиссия также может происходить между двумя типами глиальных клеток: астроцитами и микроглией. [5] Волны кальция внутри внутриклеточного матрикса астроцита могут вызывать ответ в микроглии присутствием АТФ во внеклеточном матриксе. Одно исследование продемонстрировало, что механическая стимуляция заставляет астроциты высвобождать АТФ, что, в свою очередь, вызывает задержку кальциевого ответа в микроглии, предполагая, что связь астроцитов с микроглией может быть опосредована АТФ. [5]
Связь между астроцитами и нейронами очень важна для функции нейронов. [5] «Трехсторонний синапс» является наиболее распространенным примером межклеточной коммуникации между астроцитами и нейронами, и он включает пре- и постсинаптические окончания двух нейронов и одного астроцита. Астроциты обладают способностью модулировать активность нейронов, возбуждая или подавляя 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 подавляет определенные пресинаптические функции нейронов. [5]
Трехсторонний синапс
Тот факт, что высвобождение глиотрансмиттеров за счет повышения уровня кальция вызывает синаптическую передачу, приводит к идее «трехчастного синапса». [12] Трехраздельный синапс включает в себя локализацию астроцитов и синапсов и представляет собой концепцию синаптической физиологии, в которой есть три части синапса: пресинаптический терминал, постсинаптический терминал и астроцит между ними. [3] Одна модель трехчастного синапса показывает пресинаптический и постсинаптический терминалы, лежащие рядом друг с другом, которые астроцит обернут вокруг постсинаптического терминала. [1] Однако локализация и пространственное распределение трех элементов трехчастного синапса различаются в разных областях мозга. Калиевые каналы между астроцитом и пресинаптическим окончанием позволяют высвобождать ионы K + и избегать накопления после нейрональной активности. Кроме того, высвобождение нейротрансмиттеров из пресинаптических везикул активирует метаботропные рецепторы на астроците, что затем вызывает высвобождение астроцитом глиотрансмиттеров из клетки. [1]
Астроцит двунаправлен, что означает, что он может общаться и обмениваться информацией как с пре-, так и с постсинаптическими элементами. Связь в первую очередь контролируется изменением концентрации Ca 2+ , вызывая возбудимость астроцита. [3] Способность человека реагировать на изменения как внешней, так и внутренней среды увеличивается из-за гормональной регуляции трехчастного синапса. [4]
Роли в здоровье и болезнях
Считается, что увеличение глиотрансмиссии может способствовать эпилепсии, тогда как снижение может способствовать шизофрении. [1] Кроме того, подсчет количества астроцитов оказался полезным; Показано, что у пациентов с депрессией более низкое количество астроцитов. Дальнейшие исследования и понимание корреляции между глиотрансмиссией и неврологическими расстройствами могут привести к новым целям терапевтического лечения в головном мозге. [1] Исследования также показали, что повышенная или пониженная стимуляция NMDAR, контролируемая астроцитами, играет роль в различных нейродегенеративных расстройствах. 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 возбудимостью. [1] Одна теория, называемая глутаматной гипотезой шизофрении, предполагает, что дефицит глутамата, который приводит к дисфункции NMDAR на пресинаптическом окончании, вызывает симптомы шизофрении. Согласно исследованиям, эта гипофункциональность NMDAR вызвана меньшим количеством глиотрансмиссии, чему способствует D-серин. Совсем недавно было показано, что D-серин и серинрацемаза встречаются почти исключительно в нейронах, которые не подтверждают роль D-серина как глиотрансмиттера. Тот факт, что циклосерин, который действует как агонист для сайта связывания NMDAR, используется в лечении пациентов с шизофренией, также подтверждает гипотезу глутамата. В случае эпилепсии известно, что глутамат играет роль в синхронной деполяризации. [1] Это привело исследователей к мысли, что возбуждение эпилептических разрядов может быть вызвано глиотрансмиссией, опосредованной глутаматом. Хотя некоторые исследования показывают, что все возбуждения, вызванные глиотрансмиссией, приводят к эпилептическим разрядам, возможно, это может увеличить интенсивность продолжительности эпилептиформной активности. [1]
Пять первых упомянутых передатчиков являются в первую очередь возбуждающими и, таким образом, могут приводить к нервному апоптозу через эксайтотоксичность при экспрессии в больших количествах. [1] От нейродегенеративных заболеваний есть доказательства, по крайней мере, для болезни Альцгеймера, которые указывают на повышенную активацию глии и количество (как глии, так и астроцитов), которое сопровождает одновременное уменьшение количества нейронов. [13] Предполагается, что избыточные количества глиотрансмиттера TNF, обнаруженные в спинномозговой жидкости при болезни Альцгеймера, играют роль в патогенезе этого заболевания, возможно, за счет нарушения регуляции синаптических механизмов, которые модулируются TNF. [14]
Смотрите также
- Нейротрансмиттер
- Нейротрансмиссия
Рекомендации
- ^ Б с д е е г ч я J к л м п о р Halassa, M; Феллин, Т; Хайден, П. (2006). «Трехсторонний синапс: роль глиотрансмиссии в здоровье и болезни». Тенденции в молекулярной медицине . 13 (2): 54–63. DOI : 10.1016 / j.molmed.2006.12.005 . PMID 17207662 .
- ^ Agulhon, C .; Fiacco, TA; Маккарти, KD (2010). «Кратковременная и долговременная пластичность гиппокампа не модулируется сигналом Ca2 + астроцитов». Наука . 327 (5970): 1250–4. DOI : 10.1126 / science.1184821 . PMID 20203048 . S2CID 14594882 .
- ^ а б в г д е Parea, G .; Аракэ, А. (2005). «Синаптическая регуляция кальциевого сигнала астроцитов». J Neural Transm . 112 (1): 127–135. DOI : 10.1007 / s00702-004-0170-7 . hdl : 10261/154081 . PMID 15599611 . S2CID 23182200 .
- ^ а б в Гарсия-Сегура, Луис М .; Маккарти, Маргарет М. (2004). «Мини-обзор: роль глии в нейроэндокринной функции» . Эндокринология . 145 (3): 1082–1086. DOI : 10.1210 / en.2003-1383 . PMID 14670989 .
- ^ Б с д е е г ч I Коидзуми, S; Fujishita, K; Иноуэ, К. (сентябрь 2005 г.). «Регулирование межклеточной коммуникации, опосредованной астроцитарным АТФ» . Пуринергический сигнал . 1 (3): 211–217. DOI : 10.1007 / s11302-005-6321-у . PMC 2096541 . PMID 18404506 .
- ^ а б Олиет, Стефан HR; Мотет, Жан-Пьер (2006). «Молекулярные детерминанты опосредованной D-серином глиотрансмиссии: от высвобождения к функции». Глия . Wiley InterScience. 54 (7): 726–737. DOI : 10.1002 / glia.20356 . PMID 17006901 .
- ^ а б в Мартино, Магали; Бо, Жерар; Мотет, Жан-Пьер (2006). «Глиотрансмиссия в центральных глутаматергических синапсах: D-серин на стадии». Пуринергическая сигнализация . 1 : 211–217.
- ^ а б в Zhang, Q .; Хейдон, PG (2005). «Роли глиотрансмиссии в нервной системе». J Neural Transm . 112 (1): 121–125. DOI : 10.1007 / s00702-004-0119-х . PMID 15599610 . S2CID 26667398 .
- ^ Д'Асенцо, Марчелло; Феллин, Томмазо; Терунума, Михо; Ревилья-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 USA . 104 (6): 1995–2000. DOI : 10.1073 / pnas.0609408104 . PMC 1794302 . PMID 17259307 .
- ^ Уолтер, Лиза; Динь, Тхиен; Стелла, Нефий (2004). «АТФ вызывает быстрое и выраженное увеличение продукции 2-арахидоноилглицерина астроцитами, ответ ограничивается моноацилглицерин липазой» . Журнал неврологии . 24 (3): 8068–8074. DOI : 10.1523 / jneurosci.2419-04.2004 . PMC 6729797 . PMID 15371507 .
- ^ 15
- ^ Араке, А; Парпура, V; Санзгири, РП; Хейдон, PG (1999). «Трехсторонние синапсы: глия, непризнанный партнер». Trends Neurosci . 22 (5): 208–215. DOI : 10.1016 / s0166-2236 (98) 01349-6 . PMID 10322493 . S2CID 7067935 .
- ^ Ривера, EJ; Гольдин, А; Фулмер, N; Tavares, R; Wands, JR; де ла Монте, С.М. (2005). «Экспрессия и функция инсулина и инсулиноподобного фактора роста ухудшаются с прогрессированием болезни Альцгеймера: связь с сокращением ацетилхолина в мозге». J. Alzheimers Dis . 8 (3): 247–268. DOI : 10.3233 / JAD-2005-8304 . PMID 16340083 .
- ^ Тобиник, Э .; Гросс, Х. (2008). «Быстрое улучшение беглости речи и афазии после периспинального этанерцепта при болезни Альцгеймера» . BMC Neurol . 8 : 27. DOI : 10,1186 / 1471-2377-8-27 . PMC 2500042 . PMID 18644112 . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )