Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Пресинаптический нейрон (вверху) высвобождает нейротрансмиттер, который активирует рецепторы на соседней постсинаптической клетке (внизу).

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 нейротрансмиттера, базовой активностью постсинаптической клетки, количеством доступных постсинаптических рецепторов, с которыми нейротрансмиттер должен связываться, и последующими удаление или дезактивация нейротрансмиттера ферментами или пресинаптическим обратным захватом. [5] [6]

В ответ на пороговый потенциал действия или ступенчатый электрический потенциал нейротрансмиттер высвобождается на пресинаптическом окончании . Освободившийся нейротрансмиттер затем может перемещаться по синапсу, чтобы быть обнаруженным и связываться с рецепторами в постсинаптическом нейроне. Связывание нейротрансмиттеров может влиять на постсинаптический нейрон либо тормозящим, либо 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 касаются друг друга (кроме случая электрического синапса через щелевой переход)); вместо этого нейроны взаимодействуют в точках тесного контакта, называемых синапсами. Нейрон передает свою информацию посредством потенциала действия. Когда нервный импульс достигает синапса, он может вызвать выброс нейротрансмиттеров, 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 Огонь. Насколько вероятно, что нейрон сработает, зависит от того, насколько далеко его мембранный потенциал от порогового., напряжение, при котором срабатывает потенциал действия, потому что активировано достаточно зависимых от напряжения натриевых каналов , так что чистый входящий натриевый ток превышает все выходящие токи. [7] Возбуждающие входы приближают нейрон к пороговому значению, в то время как тормозящие входные сигналы отдаляют нейрон от порога. 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 нейротрансмиттеров в синаптическом бутоне, чтобы передать информацию еще одному соседнему нейрону.

Этапы нейротрансмиссии в синапсе [ править ]

Основная статья: Химический синапс
  1. Синтез нейромедиатора. Это может происходить в теле клетки , в аксоне или в терминале аксона .
  2. Хранение нейротрансмиттера в гранулах или пузырьках в терминале аксона.
  3. Кальций входит в терминал аксона во время потенциала действия, вызывая высвобождение нейротрансмиттера в синаптическую щель.
  4. После своего высвобождения передатчик связывается и активирует рецептор в постсинаптической мембране.
  5. Деактивация нейротрансмиттера. Нейромедиатор либо разрушается ферментативно, либо возвращается в терминал, откуда он поступил, где он может быть повторно использован, либо разрушен и удален. [8]

Общее описание [ править ]

Нейротрансмиттеры спонтанно упаковываются в везикулы 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 последующим рециклингом или рециклингом в эндосому. Везикулярное слияние в значительной степени обусловлено концентрацией кальция в микродоменах, расположенных вблизи кальциевых каналов,с учетом высвобождения нейротрансмиттера только микросекунды, в то время как возврат к нормальной концентрации кальция занимает пару сотен микросекунд. Считается, что экзоцитоз везикул управляется белковым комплексом, который называетсяSNARE , который является мишенью для ботулотоксинов . После освобождения нейротрансмиттер 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 согласовывать предпочтение ионов. Связанные с G-белком рецепторы, 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 [ править ]

Основная статья: Суммирование (нейрофизиология)

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, 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 срабатывать, 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 [ править ]

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 ]

Cotransmission [ править ]

Котрансмиссия - это высвобождение нескольких типов нейромедиаторов из одного нервного окончания .

На нервном окончании нейротрансмиттеры присутствуют в покрытых мембраной пузырьках размером 35-50 нм, называемых синаптическими пузырьками . Для высвобождения нейротрансмиттеров синаптические везикулы временно стыкуются и сливаются в основании специализированных чашеобразных липопротеидных структур 10–15 нм на пресинаптической мембране, называемых поросомами . [15] Протеом нейрональных поросом был решен, обеспечивая молекулярную архитектуру и полную композицию механизма. [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 - совместный выпуск 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 подавлять как норадренергические, так и пуринергические компоненты симпатической нейротрансмиссии. [19]

Одной из необычных пар ко-трансмиттеров является ГАМК и глутамат, которые выделяются из одних и тех же окончаний аксонов нейронов, происходящих из вентральной тегментальной области (VTA), внутреннего бледного шара и супраммиллярного ядра . [20] Первые два проецируются на габенулу, тогда как выступы супраммиллярного ядра, как известно, нацелены на зубчатую извилину гиппокампа. [20]

Генетическая ассоциация [ править ]

Нейротрансмиссия генетически связана с другими характеристиками или особенностями. Например, обогащающий анализ различных сигнальных путей привел к открытию генетической ассоциации с внутричерепным объемом. [21]

См. Также [ править ]

  • Авторецептор
  • Модель биологического нейрона § Синаптическая передача
  • Электрофизиология
  • Рецептор, связанный с G-белком
  • Молекулярная нейрофармакология
  • Нервно-мышечная передача
  • Нейропсихофармакология

Ссылки [ править ]

  1. ^ 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.
  2. Перейти ↑ Flores A, Maldonado R, Berrendero F (декабрь 2013 г.). «Перекрестный разговор каннабиноидов и гипокретина в центральной нервной системе: что мы знаем на данный момент» . 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, 100-кратное увеличение активности гипокретина-1 для активации передачи сигналов ERK наблюдалось, когда CB1 и HcrtR1 были совместно экспрессированы ... 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 мало что известно о механизмах, лежащих в основе этого взаимодействия. ... Действуя как ретроградный вестник,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).устранение этого ингибирующего воздействия 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).устранение этого ингибирующего воздействия 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.
  3. ^ Freund TF, Катон I, Piomelli D (июль 2003). «Роль эндогенных каннабиноидов в синаптической передаче сигналов» . Физиологические обзоры . 83 (3): 1017–66. DOI : 10.1152 / Physrev.00004.2003 . PMID 12843414 . 
  4. ^ Ayakannu, Thangesweran; Тейлор, Энтони Х .; Marczylo, Timothy H .; Виллетс, Джонатон М .; Конье, Джастин С. (2013). «Эндоканнабиноидная система и рак, зависимый от половых стероидных гормонов» . Международный журнал эндокринологии . 2013 : 259676. дои : 10,1155 / 2013/259676 . ISSN 1687-8337 . PMC 3863507 . PMID 24369462 .   
  5. ^ Nagatsu, T. (декабрь 2000). «[Молекулярные механизмы нейротрансмиссии]». Риншо Синкэйгаку = Клиническая неврология . 40 (12): 1185–1188. ISSN 0009-918X . PMID 11464453 .  
  6. ^ Андреэ, Лаура С .; 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 .   
  7. ^ Холден А, Winlow Вт (1984). Нейробиология боли: симпозиум Северной группы нейробиологов, состоявшийся в Лидсе 18 апреля 1983 г. (1-е изд.). Manchester Univ Pr. п. 111. ISBN 978-0719010613.
  8. ^ Колб B, Whishaw IQ (2003). Основы нейропсихологии человека (5-е изд.). Стоит. С. 102–104. ISBN 978-0-7167-5300-1. (ссылка для всех пяти этапов)
  9. Перейти ↑ Squire L, Berg D, Bloom FE, du Lac S, Ghosh A, Spitzer NC (2013). Фундаментальная неврология (4-е изд.). Амстердам: Elsevier / Academic Press. С. 133–181. ISBN 978-0-12-385870-2.
  10. ^ Уильямс С.М., Макнамара Дж.О., Ламантия А., Кац LC, Фицпатрик Д., Августин Дж. Дж., Первес Д. (2001). Purves D, Augustine GJ, Fitzpatrick D и др. (ред.). Суммирование синаптических потенциалов . Неврология (2-е изд.). Сандерленд (Массачусетс): Sinauer Associates.
  11. ↑ Wang JH, Wei J, Chen X, Yu J, Chen N, Shi J (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 . 
  12. Перейти ↑ Yu J, Qian H, Chen N, Wang JH (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 .  
  13. ↑ Yu J, Qian H, Wang JH (август 2012). «Повышение 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 .  
  14. ^ Хеверн VW. «PSY 340 Мозг и поведение» . Архивировано из оригинального 19 -го февраля 2006 года.
  15. Перейти ↑ Anderson LL (2006). «Открытие поросомы; универсального секреторного механизма в клетках» . Журнал клеточной и молекулярной медицины . 10 (1): 126–31. DOI : 10.1111 / j.1582-4934.2006.tb00294.x . PMC 3933105 . PMID 16563225 .  
  16. ↑ Lee JS, Jeremic A, Shin L, Cho WJ, Chen X, Jena BP (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 .  
  17. ^ Трюдо LE, Гутьеррес R (июнь 2007). «О котрансмиссии и пластичности фенотипа нейромедиаторов». Молекулярные вмешательства . 7 (3): 138–46. DOI : 10,1124 / mi.7.3.5 . PMID 17609520 . 
  18. ^ Томас EA, Борнстейн JC (2003). «Тормозящие потенциалы котрансмиссии или постгиперполяризации 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 .  
  19. ^ Pakdeechote P, Dunn WR, Ralevic V (ноябрь 2007). «Каннабиноиды ингибируют 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 .  
  20. ^ a b Dh, корень; S, Чжан; Dj, Баркер; Джей, Миранда-Барриентос; Б, Лю; Hl, Wang; М, Моралес (19.06.2018). «Селективное распределение мозга и отличительная синаптическая архитектура двойных глутаматергических-ГАМКергических нейронов» . Сотовые отчеты . 23 (12): 3465–3479. DOI : 10.1016 / j.celrep.2018.05.063 . PMC 7534802 . PMID 29924991 .  
  21. ^ Адамс НН, Hibar ДП, Chouraki В, Штейн ДЛ, Найквиста П.А., Rentería Е., и др. (Декабрь 2016 г.). «Новые генетические локусы, лежащие в основе внутричерепного объема человека, идентифицированные через общегеномную ассоциацию» . Природа Неврологии . 19 (12): 1569–1582. DOI : 10.1038 / nn.4398 . PMC 5227112 . PMID 27694991 .  

Внешние ссылки [ править ]

  • Историческая эволюция концепции нейротрансмиссии