Кіріспе

Нейробиологияда үнсіз синапс – бұл әдетте белсенді емес қоздырғыш глутаматергиялық синапс. Оның постсинаптикалық мембранасында NMDA типті глутамат рецепторлары бар, бірақ AMPA типті глутамат рецепторлары жоқ. Бұл синапстар "үнсіз" деп аталады, себебі AMPA рецепторлары арқылы жүзеге асырылатын қалыпты сигналдар болмайды, сондықтан синапс әдеттегі жағдайларда белсенді болмайды. Үнсіз синапстар көбінесе дамымаған глутаматергиялық синапстар саналады. Ми жетіле келе, үнсіз синапстардың саны азаяды. Дегенмен, гиппокамптағы үнсіз синапстарға қатысты жаңа зерттеулер көрсеткендей, олар синапс қалыптасу кезіндегі даму сатысы болғанымен, AMPA рецепторларын алғаннан кейін де белсенділік арқылы "жайылуы" мүмкін. Осылайша, үнсіздік – синапстар өмірі бойы бірнеше рет кездесетін жағдай болуы мүмкін.

Синаптикалық тарату

Глютаматтық синапста қалыпты жүзеге асу нейротрансмиттер глютаматқа, глютаматқа тән AMPA рецепторына (AMPAR) және кальций иондарына байланысты. Пресинаптикалық терминалға кальций ионының енуі, пресинаптикалық мембранадағы глутамат рецепторларына байланысып, синаптикалық кеңістік арқылы диффузияланатын глутаматтың пресинаптикалық босатылуына себеп болады. Глютамат рецепторларының төрт түрі бар: AMPA рецепторлары (AMPAR) (бұрынғы атауы – квискулат рецепторлары), NMDA рецепторлары (NMDAR), каинат рецепторлары және метаботроптық глутамат рецепторлары (mGluR). Көптеген зерттеулер AMPAR және NMDAR-ға бағытталған. Глютамат постсинаптикалық мембранада орналасқан AMPAR-ға байланысқанда, ол Na+ және K+ иондарының жасуша мембранасы арқылы аралас ағынына мүмкіндік береді, бұл постсинаптикалық мембрананың деполяризациясына әкеледі. Бұл жергілікті деполяризация қоздырғыш постсинаптикалық потенциал (EPSP) деп аталады. Тыныш синапстар прототиптік глютаматтық синапстар сияқты глутамат бөліп шығарады, бірақ олардың постсинаптикалық мембраналарында тек NMDA және, мүмкін, mGlu рецепторлары бар, олар глутаматқа байланыса алады. AMPA рецепторлары тыныш синапстардың постсинаптикалық мембраналарында экспрессияланбаса да, олар постсинаптикалық жасушалардың ішіндегі көпіршіктерде сақталады, онда олар клеткадан тыс глутаматты анықтай алмайды, бірақ тетанизациялық стимулға жауап ретінде постсинаптикалық жасуша мембранасына жылдам енгізілуі мүмкін. NMDAR екі негізгі айырмашылықтан басқа AMPAR-ға функционалдық тұрғыдан ұқсас: NMDAR иондық тоқтарды Na+, K+ және (көбінесе AMPAR-дан өзгеше) Ca2+ құрамында тасымалдайды; NMDAR-дың иондық каналының ішінде магний иондарын (Mg2+) байланыстыратын орын бар. Бұл магний байланысу орны мембраналық потенциалдың тудырған электр өрісінде орналасқан. Әдетте, NMDAR каналы арқылы ток ағыны, тіпті оған глутамат байланысқан кезде де болмайды. Өйткені осы рецептормен байланысты иондық канал магниймен бітелген, ол бөтелкедегі тығын сияқты әрекет етеді. Алайда, Mg2+ зарядталған және мембрананың электр өрісіне байланысқандықтан, мембраналық потенциалдың шегінен жоғары деполяризация магнийді ығыстырып, NMDAR каналы арқылы ток ағынына жол ашады. Бұл NMDAR-ға кернеуге тәуелді қасиет береді, себебі иондық ағысқа рұқсат ету үшін күшті постсинаптикалық деполяризация қажет.

Сипаттамалары

Гиппокамп нейрондарының AMPAR және NMDAR арқылы делдалдық ететін қоздырғыш постсинаптикалық токтардың (EPSC) кванттық мазмұнындағы айырмашылықтарды түсіндіру үшін үнсіз синапстар ұсынылды. Тікелей дәлелдер аз ғана аксондарды стимуляциялау арқылы жүргізілген эксперименттерден алынды. Үнсіз синапсты стимуляциялау постсинаптикалық жасушаны 60 мВ деңгейінде ұстап тұрғанда EPSC-ті тудырмайды. Үнсіз синапсты стимуляциялау постсинаптикалық жасуша 40 мВ-тан жоғары деполяризацияланғанда EPSC-ті тудырады. Бұл олардың гиперполяризацияланған потенциалдарда ток өткізуге қабілетті беткі AMPAR-лары болмауының салдары, бірақ оң потенциалдарда ток өткізетін NMDAR-лары бар (магний блогының азаюына байланысты). Сонымен қатар, деполяризацияланған мембраналық потенциалдармен шақырылған EPSC-лерді D APV, таңдамалы NMDAR блокесі толығымен тоқтатуға болады.

Белсенділендіру

Тыныш синапстар AMPAR-лардың постсинаптикалық мембранаға енуі арқылы белсендіріледі, бұл құбылыс көбінесе "АМФА рецепторларының тасымалдануы" деп аталады. Глутамат күшті деполяризацияланған постсинаптикалық жасушаға (мысалы, Хеббиандық Ұзақ мерзімді потенциялау кезінде) байланғанда, Ca2+ тез кіріп, кальмодулинге байланады. Кальмодулин кальцийге/кальмодулинге тәуелді протеинкиназа II (CaMKII) белсендіреді, ол басқалармен қатар постсинаптикалық мембранаға жақын орналасқан AMPAR-ларды қамтитын везикулаларға әсер етеді. CaMKII осы AMPAR-ларды фосфорилдейді, бұл оларды постсинаптикалық мембранаға енгізу сигналы ретінде қызмет етеді. AMPAR-лар енгізілгеннен кейін синапс енді үнсіз болмайды; белсендірілген синапстарға EPSP-лерді тудыру үшін бір уақытта пре- және постсинаптикалық белсенділік қажет емес. Бастапқы белсендіруден кейін (Ерте Ұзақ мерзімді потенциялау), егер постсинаптикалық нейронды стимуляциялау жалғаса берсе, ол тұрақты түрде қозуға бейім болады (Кейінгі Ұзақ мерзімді потенциялау). Ол AMPA рецепторларын өндіру деңгейін өзгертіп, оларды синапстағы мембранаға енгізеді. Дәлелдер дендриттердің тармақталуы және синапстардың жетілуі 1 (Dasm1), иммуноглобулин суперотбасының мүшесі, синапстардың жетілуіне қатысатынын көрсетеді, негізінен "оятады" үнсіз синапстарды.