Введение
Часть нейрохимии мозга. Ингибирующий постсинаптический потенциал (ИПСП) – это вид синаптического потенциала, который снижает вероятность генерации потенциала действия постсинаптическим нейроном. Противоположностью ингибирующему постсинаптическому потенциалу является возбуждающий постсинаптический потенциал (ВПСП) – синаптический потенциал, повышающий вероятность генерации потенциала действия постсинаптическим нейроном. ИПСП могут возникать во всех химических синапсах, использующих секрецию нейротрансмиттеров для межклеточной передачи сигналов. ВПСП и ИПСП конкурируют друг с другом на многочисленных синапсах нейрона, определяя, приведет ли потенциал действия, возникающий в пресинаптическом терминале, к генерации потенциала действия в постсинаптической мембране. К распространенным нейротрансмиттерам, участвующим в формировании ИПСП, относятся ГАМК и глицин. Ингибирующие пресинаптические нейроны высвобождают нейротрансмиттеры, которые связываются с постсинаптическими рецепторами, изменяя проницаемость постсинаптической мембраны для определенных ионов. Это генерирует электрический ток, изменяющий постсинаптический мембранный потенциал в сторону более отрицательных значений, то есть постсинаптический мембранный потенциал становится более отрицательным, чем потенциал мембраны в состоянии покоя – это явление называется гиперполяризацией. Для генерации потенциала действия постсинаптическая мембрана должна деполяризоваться, то есть мембранный потенциал должен достичь порогового значения, более положительного, чем потенциал мембраны в состоянии покоя. Следовательно, гиперполяризация постсинаптической мембраны снижает вероятность достаточной деполяризации для генерации потенциала действия в постсинаптическом нейроне. Деполяризация также может произойти вследствие ИПСП, если обратный потенциал находится между порогом покоя и порогом потенциала действия. Другой взгляд на ингибирующие постсинаптические потенциалы заключается в том, что они представляют собой изменение проводимости хлоридных каналов в нейронной клетке, поскольку это уменьшает движущую силу. Это происходит потому, что нейротрансмиттер, высвобождаемый в синаптическую щель, может увеличить проницаемость постсинаптической мембраны для ионов хлора, связываясь с лиганд-зависимыми хлоридными каналами и открывая их. В результате ионы хлора, концентрация которых выше в синаптической щели, диффундируют в постсинаптический нейрон. Поскольку это отрицательно заряженные ионы, возникает гиперполяризация, снижающая вероятность генерации потенциала действия в постсинаптическом нейроне. Микроэлектроды можно использовать для измерения постсинаптических потенциалов как в возбуждающих, так и в ингибирующих синапсах. В целом, постсинаптический потенциал зависит от типа и комбинации рецепторных каналов, обратного потенциала постсинаптического потенциала, порогового напряжения потенциала действия, ионной проницаемости ионного канала, а также концентрации ионов внутри и вне клетки, что определяет его возбуждающий или ингибирующий характер. ИПСП всегда стремятся поддерживать мембранный потенциал более отрицательным, чем порог потенциала действия, и могут рассматриваться как "транзиторная гиперполяризация". ИПСП впервые были исследованы в мотонейронах Дэвидом П. К. Ллойдом, Джоном Экклсом и Родольфо Ллинасом в 1950-х и 1960-х годах.
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.
Типы
Эта система: молекулы глицина и их рецепторы функционируют схожим образом в спинном мозге, головном мозге и сетчатке.
Ионотропные рецепторы
Ионотропные рецепторы (также известные как лиганд-зависимые ионные каналы) играют важную роль в ингибирующих постсинаптических потенциалах. Кроме того, проводятся исследования в области дофаминовых нейронов в вентральной тегментальной области, связанной с вознаграждением, и черной субстанции, участвующей в движении и мотивации. Метаботропные реакции происходят в дофаминовых нейронах посредством регуляции возбудимости клеток. Опиоиды ингибируют высвобождение ГАМК, что уменьшает степень ингибирования и позволяет нейронам генерировать потенциалы действия спонтанно. Морфин и опиоиды связаны с ингибирующими постсинаптическими потенциалами, поскольку они вызывают дезингибирование дофаминовых нейронов. Для воспроизведения постсинаптических потенциалов действия в медиальной части дорсолатерального ядра таламуса без дополнительных возбуждающих входов индуцировались высокочастотные пучки унитарных IPSP. Это свидетельствует об избыточной ГАМК-ергической активации таламуса. Это важно, поскольку точное время возникновения потенциалов действия необходимо для правительной локализации звука в восходящих слуховых путях. Певчие птицы используют ГАМК-ергические калицеальные синаптические терминалы и синапс, подобный кальциксу, так что каждая клетка в дорсолатеральном ядре таламуса получает не более двух аксонных терминалов от базальных ганглиев, что создает большие постсинаптические токи. Ингибиторные постсинаптические потенциалы также используются для изучения базальных ганглиев земноводных, чтобы понять, как модулируется двигательная функция посредством ингибиторных выходов из стриатума в тектум и тегментум. Визуально-управляемое поведение может регулироваться посредством ингибиторного стриато-тегментального пути, обнаруженного у земноводных в исследовании, проведенном в Медицинском колледже Бейлора и Китайской академии наук. Базальные ганглии земноводных играют важную роль в приеме зрительных, слуховых, обонятельных и механосенсорных сигналов; дезингибиторный стриато-протекто-тектальный путь важен для поведения земноводных при охоте на добычу. При электрической стимуляции ипсилатерального стриатума взрослой жабы в бинокулярных тегментальных нейронах индуцировались ингибиторные постсинаптические потенциалы, что влияет на зрительную систему жабы.
Исследования
Ингибирующие постсинаптические потенциалы могут сами ингибироваться посредством процесса сигнализации, называемого "деполяризованным индуцированным подавлением ингибирования (DSI)" в пирамидальных клетках CA1 и клетках мозжечка Пуркинье. В лабораторных условиях деполяризация сомы используется для создания DSI, но она также может быть достигнута посредством синаптически индуцированной деполяризации дендритов. DSI могут быть блокированы антагонистами ионотропных рецепторов кальциевых ионных каналов на соматах и проксимальных апикальных дендритах пирамидальных клеток CA1. Дендритные ингибиторные постсинаптические потенциалы могут быть значительно уменьшены DSI посредством прямой деполяризации. В связи с этим, ингибирующие постсинаптические потенциалы полезны в сигнализации от обонятельной луковицы к обонятельной коре. EPSP усиливаются стойкой проводимостью ионов натрия во внешних пучковых клетках. Низковольтная активированная проводимость ионов кальция усиливает даже большие EPSP. Гиперполяризация-активированная неселективная проводимость катионов уменьшает сумму и продолжительность EPSP, а также изменяет ингибиторные входы в постсинаптическое возбуждение. IPSP проявляются при деполяризации мембран пучковых клеток и затем вызывают ингибирование. При пороговом потенциале покоя IPSP индуцируют потенциалы действия. ГАМК отвечает за значительную часть работы IPSP во внешних пучковых клетках. Другое интересное исследование ингибирующих постсинаптических потенциалов рассматривает колебания нейронного тета-ритма, которые могут быть использованы для представления электрофизиологических явлений и различных видов поведения. Тета-ритмы обнаруживаются в гиппокампе, а GABA-ергическое синаптическое ингибирование помогает их модулировать. Они зависят от IPSP и инициируются либо в CA3 посредством мускариновых ацетилхолиновых рецепторов, либо в C1 посредством активации метаботропных глутаматных рецепторов группы I. При активации интернейронов метаботропными ацетилхолиновыми рецепторами в области CA1 гиппокампа крысы возникает тета-паттерн IPSP в пирамидальных клетках, независимо от входящего сигнала. Данное исследование также изучает DSI, показывая, что DSI прерывают метаботропный ацетилхолиновый ритм посредством высвобождения эндоканнабиноидов. Механизм, зависимый от эндоканнабиноидов, может нарушать тета-IPSP посредством потенциалов действия, доставляемых в виде вспышек или коротких серий. Кроме того, активация метаботропных глутаматных рецепторов устраняет любую тета-IPSP активность посредством G-белка, кальций-независимого пути. Ингибирующие постсинаптические потенциалы также изучались в клетках Пуркинье посредством дендритной амплификации. Исследование было сосредоточено на распространении IPSP вдоль дендритов и его зависимости от ионотропных рецепторов путем измерения амплитуды и временного хода ингибирующего постсинаптического потенциала. Результаты показали, что как составные, так и единичные ингибиторные постсинаптические потенциалы усиливаются дендритными кальциевыми ионными каналами. Ширина соматического IPSP не зависит от расстояния между сомой и синапсом, в то время как время нарастания увеличивается с увеличением этого расстояния. Эти IPSP также регулируют тета-ритмы в пирамидальных клетках. С другой стороны, ингибирующие постсинаптические потенциалы являются деполяризующими и иногда возбуждающими в незрелых спинномозговых нейронах млекопитающих из-за высокой концентрации внутриклеточного хлорида через ионотропные каналы GABA или ионные каналы глицина хлорида. Эти деполяризации активируют кальциевые каналы, зависимые от напряжения. Позже они становятся гиперполяризующими по мере созревания млекопитающего. В частности, у крыс это созревание происходит в перинатальный период, когда проекции ствола мозга достигают поясничного утолщения. Нисходящие модуляторные входы необходимы для развития сдвига от деполяризующего к гиперполяризующему ингибирующего постсинаптического потенциала. Это было изучено посредством полных пересечений спинного мозга при рождении крыс и регистрации IPSP из поясничных мотонейронов в конце первой недели после рождения. Глутамат, возбуждающий нейротрансмиттер, обычно ассоциируется с возбуждающими постсинаптическими потенциалами в синаптической передаче. Однако исследование, проведенное в Институте Vollum при Университете медицинских наук штата Орегон, демонстрирует, что глутамат также может использоваться для индукции ингибирующих постсинаптических потенциалов в нейронах. Данное исследование объясняет, что метаботропные глутаматные рецепторы содержат активированные G-белки в дофаминовых нейронах, которые индуцируют гидролиз фосфоинозитидов. Полученные продукты связываются с рецепторами инозитолтрифосфата (IP3) через кальциевые ионные каналы. Кальций поступает из запасов и активирует калиевую проводимость, что вызывает чистое ингибирование в дофаминовых клетках. Изменяющиеся уровни синаптически высвобождаемого глутамата создают возбуждение посредством активации ионотропных рецепторов, за которым следует ингибирование метаботропных глутаматных рецепторов.