Квантовый выброс нейротрансмиттера - Quantal neurotransmitter release - Wikipedia

Нейротрансмиттеры находятся вышел в синапс в упакованном виде пузырьки называется кванты. Один квант генерирует то, что известно как миниатюрный потенциал концевой пластины (MEPP) - наименьшее количество стимуляции, которое нейрон может отправить на другой нейрон.[1] Количественное высвобождение - это механизм, с помощью которого наиболее традиционный эндогенный нейротрансмиттеры передаются по всему телу. Совокупная сумма многих MEPP известна как потенциал концевой пластины (EPP). Нормальный потенциал концевой пластинки обычно заставляет постсинаптический нейрон достигать порога возбуждения и вызывать потенциал действия.[1] Электрические синапсы не используют выброс квантового нейромедиатора, а вместо этого используют щелевые соединения между нейронами, чтобы передавать токи между нейронами. Цель любого синапса - произвести либо возбуждающий постсинаптический потенциал (EPSP) или тормозящий постсинаптический потенциал (IPSP), которые генерируют или подавляют экспрессию, соответственно, потенциала действия в постсинаптическом нейроне. Считается, что потенциал действия вызовет высвобождение примерно 20% аксонный терминал Нейромедиаторная нагрузка.[2]

Механизм высвобождения квантового нейротрансмиттера

Нейротрансмиттеры синтезируются в терминале аксона, где они хранятся в пузырьках. Эти наполненные нейротрансмиттерами везикулы являются квантами, которые будут выпущены в синапс. Квантовые везикулы выпускают свое содержимое в синапс, связываясь с пресинаптическая мембрана и объединяя их фосфолипидные бислои. Отдельные кванты могут беспорядочно диффундировать в синапс и вызывать последующий MEPP. Эти спонтанные явления полностью случайны и не являются результатом какого-либо сигнального пути.

Кальций ионный сигнал к окончанию аксона является обычным сигналом для пресинаптического высвобождения нейротрансмиттеров. Диффузия иона кальция в пресинаптическую мембрану сигнализирует окончанию аксона о высвобождении квантов для генерации IPSP или EPSP в постсинаптической мембране. Высвобождение разных нейротрансмиттеров приведет к разным постсинаптическим потенциалам. Потенциалы действия, которые передаются вниз к концу аксона, деполяризуют мембрану терминала и вызывают конформационные изменения в каналах ионов кальция мембраны. Эти кальциевые каналы примет «открытую» конфигурацию, которая позволит только ионам кальция проникать в терминал аксона. Приток ионов кальция будет дополнительно деполяризовать внутреннюю часть конца аксона и будет сигнализировать квантам в конце аксона, чтобы они связались с пресинаптической мембраной.[1] После связывания везикулы сливаются с мембраной, и нейромедиаторы высвобождаются в мембрану посредством экзоцитоз.

Точный механизм передачи сигналов иона кальция на пресинаптическую мембрану неизвестен, но было хорошо установлено, что приток ионов кальция в терминал аксона связан с высвобождением нейромедиатора. Текущие исследования показывают, что выброс нейротрансмиттера в нервно-мышечные соединения сигнализируется с помощью иерархии кальциевых ионных каналов и рецепторов в пресинаптической мембране, при этом различные каналы и рецепторы демонстрируют разную степень возбудимости в пресинаптической мембране.[3] Разнообразие кальциевых каналов предполагает, что в первую очередь используются более эффективные каналы, а различное использование кальциевых ионных каналов приводит к разным уровням квантового высвобождения.

Попав в синапс, нейротрансмиттеры будут быстро перемещаться по синапсу, чтобы прикрепиться к рецепторам на постсинаптической мембране. Рецепторы нейротрансмиттеров будут сигнализировать постсинаптическим каналам об «открытии» или «закрытии», что влияет на скорость прохождения ионов через синаптическую мембрану. Относительное изменение ионного потока поляризует мембрану в зависимости от свойств пораженного ионного канала.[1] Например, открытие ионный канал калия в пресинаптической мембране создаст поток положительных ионов калия из нейрона; потеря положительно заряженных ионов калия приведет к тому, что нейрон станет более отрицательно заряженным. Именно благодаря использованию множества нейротрансмиттеров и рецепторов нейроны могут посылать друг другу множество потенциальных сигналов. Оценки курсов времени квантового высвобождения можно приблизительно оценить по исходным событиям квантового высвобождения после пресинаптического моделирования.[4] Такие оценки не могут быть надежно использованы для всех синапсов, но могут быть полезными инструментами в развитии понимания курсов времени высвобождения нейромедиаторов в целом.

Рециклинг синаптических пузырьков

Как описано выше, синаптический пузырек будет оставаться слитым с пресинаптической мембраной после того, как его содержимое нейромедиатора будет выпущено в синапс. Повторяющиеся добавления к терминальной мембране аксона в конечном итоге приведут к неконтролируемому росту терминальной части аксона, что может привести к катастрофическому разрушению синаптического комплекса. Терминал аксона компенсирует эту проблему путем повторного захвата пузырька эндоцитоз и повторное использование его компонентов для образования новых синаптических пузырьков.[1] Точный механизм и сигнальный каскад, который запускает рециклинг синаптических пузырьков, все еще неизвестен.

Ни один метод рециклинга синаптических пузырьков, по-видимому, не работает во всех сценариях, что предполагает существование множественных путей рециклинга синаптических пузырьков. Множественные белки были связаны с обратным захватом синаптических пузырьков, а затем впоследствии были связаны с различными путями рециклирования синаптических пузырьков. Клатрин-опосредованный эндоцитоз (CME) и зависимый от активности эндоцитоз (ADBE) являются двумя наиболее преобладающими формами рециклинга синаптических пузырьков, при этом ADBE более активен в периоды высокой нейрональной активности, а CME активен в течение длительных периодов времени после прекращения нейрональной активности.[5]

Рекомендации

  1. ^ а б c d е Первес, Дейл; Августин, Джордж; Фитцпатрик, Дэвид; Холл, Уильям; Ламантия, Энтони-Самуэль; Белый, Леонард; Муни, Ричард; Платт, Майкл (ред.). Неврология (Пятое изд.). Сандерленд, Массачусетс: Sinaur Associates, Inc.
  2. ^ Шнеггенбургер, Ральф; Мейер, Александр; Неер, Эрвин (июнь 1999 г.). «Высвободившаяся фракция и общий размер пула немедленно доступных квантов передачи в синапсе чашечки». Нейрон. 23 (2): 399–409. Дои:10.1016 / s0896-6273 (00) 80789-8. HDL:11858 / 00-001M-0000-0012-FB9B-0. PMID  10399944. S2CID  13005993.
  3. ^ Урбано, Франческо; Пьедрас-Рентерия, Эрика; Джун, Кисун; Шин, Хи-Суп; Учитель, Освальдо; Цзянь, Ричард (18.03.2003). «Измененные свойства высвобождения квантового нейромедиатора на замыкательных пластинах мышей, лишенных Ca2 + каналов P / Q-типа». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 100 (6): 3491–3496. Bibcode:2003ПНАС..100.3491У. Дои:10.1073 / pnas.0437991100. JSTOR  3139387. ЧВК  152320. PMID  12624181.
  4. ^ Миннечи, Федерико; Каничай, Роби; Сильвер, Р. Ангус (30 марта 2012 г.). «Оценка динамики высвобождения нейромедиаторов в центральных синапсах с первого латентного периода постсинаптических токов». Журнал методов неврологии. 205 (1): 49–64. Дои:10.1016 / j.jneumeth.2011.12.015. ЧВК  3314961. PMID  22226741.
  5. ^ Клейтон, Эмма; Анггоно, Виктор; Смилли, Карен; Чау, Нгок; Робинсон, Филипп; Кузен, Майкл (17 июня 2009 г.). «Фосфозависимое взаимодействие динамин – синдапин». Журнал неврологии. 29 (24): 7706–7717. Дои:10.1523 / jneurosci.1976-09.2009. ЧВК  2713864. PMID  19535582.