Кіріспе
Ми химиясының бір бөлігі. Тежегіш постсинаптикалық потенциал (ТПП) – постсинаптикалық нейронның әрекет потенциалын тудыру мүмкіндігін азайтатын синаптикалық потенциалдың бір түрі. Тежегіш постсинаптикалық потенциалдың қарама-қарсысы – қоздырғыш постсинаптикалық потенциал (ҚПП), ол постсинаптикалық нейронның әрекет потенциалын тудыру мүмкіндігін арттыратын синаптикалық потенциал. ТПП барлық химиялық синапстарда пайда болуы мүмкін, олар нейротрансмиттерлердің секрециясын жасушадан жасушаға сигнал беру үшін пайдаланады. ҚПП және ТПП нейронның көптеген синапстарында бір-бірімен бәсекелеседі. Бұл пресинаптикалық терминалда пайда болған әрекет потенциалы постсинаптикалық мембранада әрекет потенциалын тудыра ма, әлде тудырмай ма, соны анықтайды. ТПП-ге қатысы бар кең таралған нейротрансмиттерлер – ГАБА және глицин. Тежегіш пресинаптикалық нейрондар кейін постсинаптикалық рецепторларға байланысатын нейротрансмиттерлерді бөліп шығарады; бұл постсинаптикалық нейрондық мембрананың белгілі бір иондарға өткізгіштігінде өзгеріс тудырады. Постсинаптикалық мембраналық потенциалды теріс постсинаптикалық потенциалды құруға өзгертетін электр тогы пайда болады, яғни постсинаптикалық мембраналық потенциал тыныш күйдегі мембраналық потенциалдан теріс болады, бұл гиперполяризация деп аталады. Әрекет потенциалын тудыру үшін постсинаптикалық мембрана деполяризациялануы керек – мембраналық потенциал тыныш күйдегі мембраналық потенциалдан жоғары кернеу шегіне жетуі керек. Сондықтан постсинаптикалық мембрананың гиперполяризациясы постсинаптикалық нейронда деполяризацияның жеткілікті түрде пайда болуын және әрекет потенциалын тудыруын азайтады. Деполяризация ТПП-ге байланысты да пайда болуы мүмкін, егер кері потенциал тыныш күйдегі шегі мен әрекет потенциалы шегінің арасында болса. Тежегіш постсинаптикалық потенциалдарға тағы бір көзқарас – олар нейрондық жасушадағы хлоридтік өткізгіштіктің өзгеруі болып табылады, себебі бұл иондық күшті азайтады. Себебі, егер синапстық жарыққа шығарылған нейротрансмиттер лигандқа байланысқан хлорид иондық каналдарына байланысып, оларды ашуға мәжбүр етсе, онда синапстық жарықта жоғары концентрацияланған хлорид иондары постсинаптикалық нейронға диффузия жасайды. Бұл теріс зарядталған иондар болғандықтан, гиперполяризация пайда болады, бұл постсинаптикалық нейронда әрекет потенциалының пайда болу мүмкіндігін азайтады. Микроэлектродтарды қоздырғыш немесе тежегіш синапстардағы постсинаптикалық потенциалды өлшеу үшін пайдалануға болады. Жалпы, постсинаптикалық потенциал рецепторлық каналдың түрі мен комбинациясына, постсинаптикалық потенциалдың кері потенциалына, әрекет потенциалының шекті кернеуіне, иондық каналдың иондық өткізгіштігіне, сондай-ақ жасушаға кіретін және шығатын иондардың концентрациясына байланысты; бұл оның қоздырғыш немесе тежегіш екенін анықтайды. ТПП әрқашан мембраналық потенциалды әрекет потенциалынан теріс ұстауға бейім және оны «уақытша гиперполяризация» деп қарастыруға болады. ТПП-ны алғаш рет 1950-1960 жылдары Дэвид П.К. Ллойд, Джон Экклс және Родольфо Ллинас моторлық нейрондарда зерттеді.
An inhibitory postsynaptic potential (IPSP) is a kind of synaptic potential that makes a postsynaptic neuron less likely to generate an action potential. The opposite of an inhibitory postsynaptic potential is an excitatory postsynaptic potential (EPSP), which is a synaptic potential that makes a postsynaptic neuron more likely to generate an action potential. IPSPs can take place at all chemical synapses, which use the secretion of neurotransmitters to create cell to cell signalling. EPSPs and IPSPs compete with each other at numerous synapses of a neuron. This determines whether an action potential occurring at the presynaptic terminal produces an action potential at the postsynaptic membrane. Some common neurotransmitters involved in IPSPs are GABA and glycine. Inhibitory presynaptic neurons release neurotransmitters that then bind to the postsynaptic receptors; this induces a change in the permeability of the postsynaptic neuronal membrane to particular ions. An electric current that changes the postsynaptic membrane potential to create a more negative postsynaptic potential is generated, i. e. the postsynaptic membrane potential becomes more negative than the resting membrane potential, and this is called hyperpolarisation. To generate an action potential, the postsynaptic membrane must depolarize—the membrane potential must reach a voltage threshold more positive than the resting membrane potential. Therefore, hyperpolarisation of the postsynaptic membrane makes it less likely for depolarisation to sufficiently occur to generate an action potential in the postsynaptic neuron. Depolarization can also occur due to an IPSP if the reverse potential is between the resting threshold and the action potential threshold. Another way to look at inhibitory postsynaptic potentials is that they are also a chloride conductance change in the neuronal cell because it decreases the driving force. This is because, if the neurotransmitter released into the synaptic cleft causes an increase in the permeability of the postsynaptic membrane to chloride ions by binding to ligand gated chloride ion channels and causing them to open, then chloride ions, which are in greater concentration in the synaptic cleft, diffuse into the postsynaptic neuron. As these are negatively charged ions, hyperpolarisation results, making it less likely for an action potential to be generated in the postsynaptic neuron. Microelectrodes can be used to measure postsynaptic potentials at either excitatory or inhibitory synapses. In general, a postsynaptic potential is dependent on the type and combination of receptor channel, reverse potential of the postsynaptic potential, action potential threshold voltage, ionic permeability of the ion channel, as well as the concentrations of the ions in and out of the cell; this determines if it is excitatory or inhibitory. IPSPs always tend to keep the membrane potential more negative than the action potential threshold and can be seen as a "transient hyperpolarization". IPSPs were first investigated in motorneurons by David P. C. Lloyd, John Eccles and Rodolfo Llinás in the 1950s and 1960s.
Түрлері
Бұл жүйеде глицин молекулалары және олардың рецепторлары жұмыс істеу қағидасы жөнінен омыртқа миында, мида және тор қабықта ұқсас.
Ионотроптық рецепторлар
Ионотроптық рецепторлар (лигандпен жабылатын иондық каналдар деп те аталады) тежегіш постсинаптикалық потенциалдарда маңызды рөл атқарады. Сонымен қатар, сыйлыққа қатысты вентральді тегментальді аймақтағы дофамин нейрондары және қозғалыс пен мотивацияға қатысы бар қара зат аймағында зерттеулер жүргізілуде. Метаботроптық жауаптар дофамин нейрондарының жасушалық қозуын реттеу арқылы пайда болады. Опиоидтар ГАМК-тың бөлінуін тежейді, бұл тежелу мөлшерін азайтып, олардың спонтанды түрде оқуына мүмкіндік береді. Морфин мен опиоидтар дофамин нейрондарында тежелуді жою арқылы ингибиторлық постсинаптикалық потенциалдармен байланысты. Бірлік IPSP-нің Пуассон тізбектері жоғары жиілікте, қосымша қоздырғыштарсыз, дорсалатеральді таламикалық ядроның медиальді бөлігінде постсинаптикалық импульстарды қайта жасау үшін шақырылды. Бұл таламикалық ГАМК-ергиялық белсенділіктің артық екенін көрсетеді. Бұл маңызды, себебі жоғарыдағы есту жолдарында дыбысты дұрыс анықтау үшін импульстардың уақыты қажет. Әнші құстар ГАМК-ергиялық калицеялық синапстық терминалдарды және каликс тәрізді синапсты пайдаланады, сондықтан дорсалатеральді таламикалық ядродағы әрбір жасуша базальді ганглиядан ең көп дегенде екі аксондық терминал алады, бұл үлкен постсинаптикалық тоқтарды құрайды. Ингибиторлық постсинаптикалық потенциалдар амфибиялардың базальді ганглияларын зерттеу үшін де қолданылады, олардың қозғалыс функциясы стриатумнан тектум мен тегментумға бағытталған тежегіш шығыстары арқылы қалай модуляцияланатынын анықтау үшін. Бейлор медицина колледжінде және Қытай ғылым академиясында жүргізілген зерттеуде амфибияларда кездесетін тежегіш стриатотегментальді жол арқылы көруге бағытталған мінез-құлықты реттеуге болады. Амфибиялардың базальді ганглиялары көру, есту, иіс және механосенсорлық ақпаратты қабылдауда маңызды рөл атқарады; амфибиялардың жемтісін ұстау мінез-құлқында дезингибиторлық стриато-протекто-тектальді жол маңызды. Ересек бақаның ипсилатеральді стриатумын электрлік түрде стимуляциялағанда, бинокулярлық тегментальді нейрондарда ингибиторлық постсинаптикалық потенциалдар шақырылады, бұл бақаның көру жүйесіне әсер етеді.
Зерттеулер
Ингибиторлық постсинаптикалық потенциалдар CA1 пирамидалық жасушалары мен мишақтың Пуркинье жасушаларында "деполяризацияланған индукцияланған ингибициялауды басу (DSI)" деп аталатын сигнал беру процесі арқылы өзін-өзі тежеуге қабілді. Лабораториялық жағдайда соманы қадамдық деполяризациялау арқылы ДСИ жасауға болады, бірақ бұл дендриттердің синаптық индукцияланған деполяризациясы арқылы да қол жеткізілуі мүмкін. CA1 пирамидалық жасушаларының сомалары мен проксималды апикальды дендриттеріндегі ионотроптық рецепторлардың кальций иондарының антагонистері ДСИ-ді тоқтатуға болады. ДСИ тікелей деполяризация арқылы дендриттік ингибиторлық постсинаптикалық потенциалдарды күрт төмендетуге мүмкіндік береді. Осыған байланысты, ингибиторлық постсинаптикалық потенциалдар иіс сезу буынының иіс қабығына сигнал беруде маңызды рөл атқарады. EPSP сыртқы түбірлі жасушаларда натрий иондарының тұрақты өткізгіштігі арқылы күшейтіледі. Төмен вольтажды белсендірілген кальций иондарының өткізгіштігі одан да үлкен EPSP-ны арттырады. Гиперполяризациялық белсендірілген селективті емес катиондық өткізгіштігі EPSP жиынтығы мен ұзақтығын азайтады және ингибиторлық кірістерді постсинаптикалық қоздыруға өзгертеді. IPSP тұмсықты жасушалар мембранасы деполяризацияланғанда пайда болады, содан кейін IPSP тежелуді тудырады. Тынығу кезінде IPSP әрекет потенциалын тудырады. ГАМК сыртқы түбірлі жасушалардағы IPSP-тің көп бөлігіне жауапты. Ингибиторлық постсинаптикалық потенциалдардың тағы бір қызықты зерттеуі электрофизиологиялық құбылыстар мен әртүрлі мінез-құлықты бейнелеу үшін қолданылатын нейрондық тета ырғағының тербелістерін қарастырады. Тета ырғақтары гиппокампта кездеседі және GABAергиялық синапстық ингибиция оларды модуляциялауға көмектеседі. Олар IPSP-ге тәуелді және CA3-те мускариндік ацетилхолин рецепторлары арқылы, ал C1-де I топтағы метаботроптық глутамат рецепторларының белсенділігі арқылы басталады. Интернейрондар тышқанның гиппокамп кесінділерінің CA1 аймағындағы метаботроптық ацетилхолин рецепторларымен белсендірілген кезде пирамидалық жасушаларда кіріске тәуелсіз IPSP тета үлгісі пайда болады. Бұл зерттеу сонымен қатар ДСИ-ді зерттейді, ДСИ эндоканнабиноидтарды босату арқылы метаботроптық ацетилхолинмен басталатын ырғақты бұзатынын көрсетеді. Эндоканнабиноидқа тәуелді механизм үзіліс үлгісі немесе қысқа тізбек түрінде берілетін әрекет потенциалы арқылы тета-IPSP-ны бұзуға болады. Сонымен қатар, метаботроптық глутамат рецепторларын белсендіру G белгісі, кальций ионына тәуелсіз жол арқылы кез келген тета IPSP белсенділігін жояды. Пуркинье жасушасында дендриттік күшейту арқылы ингибиторлық постсинаптикалық потенциалдар да зерттелді. Зерттеу IPSP-лердің дендриттер бойымен таралуына және оның ионотроптық рецепторларға тәуелділігіне, ингибиторлық постсинаптикалық потенциалдың амплитудасы мен уақыт ағынын өлшеу арқылы бағытталған. Нәтижелер көрсетті, қосылған және бірлік ингибиторлық постсинаптикалық потенциалдар дендриттік кальций иондық арналармен күшейтіледі. Соматикалық IPSP ені сома мен синапстың арасындағы қашықтыққа тәуелсіз, ал көтерілу уақыты осы қашықтықпен ұлғаяды. Бұл IPSP-тер пирамидалық жасушалардағы тета ырғақтарын да реттейді. Екінші жағынан, ингибиторлық постсинаптикалық потенциалдар жетілмеген сүтқоректілердің омыртқалық нейрондарында ионотроптық ГАМК немесе глицин хлориді иондық арналары арқылы жасушаішілік хлоридтің жоғары концентрациясының әсерінен деполяризациялық және кейде қоздырғыш болып табылады. Бұл деполяризация вольтажға тәуелді кальций арналарын белсендіреді. Олар сүтқоректілер жетілген сайын гиперполяризацияланады. Нақтырақ айтқанда, тышқандарда бұл жетілу перинаталды кезеңде ми сабағының жобалары белдік кеңеюге жеткен кезде орын алады. Деполяризациялық-гиперполяризациялық ингибиторлық постсинаптикалық потенциалдардың дамуына төмендеуші модуляциялық кіріс қажет. Бұл зерттеулер тышқандардың туған кездегі толық омыртқа жоны кесу арқылы және туылғаннан кейінгі бірінші аптаның соңында белдік моторлы нейрондардан IPSP-лерді жазу арқылы жүргізілді. Глутамат, қоздырғыш нейротрансмиттер, әдетте синапстық берілісте қоздырғыш постсинаптикалық потенциалдармен байланысты. Алайда, Орегон денсаулық ғылымдары университетінің Волум институтында аяқталған зерттеулер глутаматты нейрондарда ингибиторлық постсинаптикалық потенциалдарды тудыру үшін де қолдануға болатынын көрсетеді. Бұл зерттеу метаботроптық глутамат рецепторларының дофамин нейрондарында белсендірілген G белоктерін ерекшелендіретінін, бұл фосфоинозитид гидролизін тудырады. Нәтижесінде пайда болатын өнімдер кальций иондық арналары арқылы инозитол трифосфаты (IP3) рецепторларына байланысады. Кальций сақтан шығып, калий өткізгіштігін белсендіреді, бұл дофамин жасушаларында таза тежелуге әкеледі. Синаптық босатылған глутаматтың өзгеретін деңгейі ионотроптық рецепторлардың белсендірілуі арқылы қоздыруды тудырады, содан кейін метаботроптық глутамат рецепторларының тежелуі жүреді.