Введение
Глютаматергический нейронный синапс, который обычно неактивен. В нейробиологии молчаливый синапс – это возбуждающий глютаматергический синапс, постсинаптическая мембрана которого содержит глутаматные рецепторы типа NMDA, но не содержит глутаматные рецепторы типа AMPA. Эти синапсы называются "молчаливыми", поскольку нормальная передача сигнала, опосредованная AMPA-рецепторами, отсутствует, что делает синапс неактивным в обычных условиях. Молчаливые синапсы обычно рассматриваются как незрелые глютаматергические синапсы. По мере созревания мозга относительное количество молчаливых синапсов уменьшается. Однако недавние исследования молчаливых синапсов в гиппокампе показывают, что, хотя они могут быть важным этапом в формировании синапса, синапс может быть "заглушен" активностью даже после приобретения AMPA-рецепторов. Таким образом, молчание может быть состоянием, которое синапсы могут неоднократно переживать в течение своей жизни.
In neuroscience, a silent synapse is an excitatory glutamatergic synapse whose postsynaptic membrane contains NMDA type glutamate receptors but no AMPA type glutamate receptors. These synapses are named "silent" because normal AMPA receptor mediated signaling is not present, rendering the synapse inactive under typical conditions. Silent synapses are typically considered to be immature glutamatergic synapses. As the brain matures, the relative number of silent synapses decreases. However, recent research on hippocampal silent synapses shows that while they may indeed be a developmental landmark in the formation of a synapse, that synapses can be "silenced" by activity, even once they have acquired AMPA receptors. Thus, silence may be a state that synapses can visit many times during their lifetimes.
Синаптическая передача
Нормальная передача сигнала через глутаматергический синапс зависит от нейромедиатора глутамата, специфичного к глутамату AMPA-рецептора (AMPAR) и ионов кальция. Поступление ионов кальция в пресинаптический терминал вызывает пресинаптическое высвобождение глутамата, который диффундирует через синаптическую щель, связываясь с глутаматными рецепторами на постсинаптической мембране. Существует четыре подтипа глутаматных рецепторов: AMPA-рецепторы (AMPARs) (ранее известные как кинулатные рецепторы), NMDA-рецепторы (NMDARs), каинатные рецепторы и метаботропные глутаматные рецепторы (mGluRs). Большинство исследований сосредоточено на AMPAR и NMDAR. Когда глутамат связывается с AMPAR, расположенными на постсинаптической мембране, они обеспечивают смешанный поток Na+ и K+ через клеточную мембрану, вызывая деполяризацию постсинаптической мембраны. Эта локализованная деполяризация называется возбуждающим постсинаптическим потенциалом (EPSP). "Тихие" синапсы высвобождают глутамат, как и типичные глутаматергические синапсы, но их постсинаптические мембраны содержат только NMDA- и, возможно, mGlu-рецепторы, способные связываться с глутаматом. Хотя AMPA-рецепторы не экспрессируются в постсинаптических мембранах "тихих" синапсов, они хранятся в везикулах внутри постсинаптических клеток, где они не могут обнаруживать внеклеточный глутамат, но могут быть быстро внедрены в постсинаптическую клеточную мембрану в ответ на тетанический стимул. NMDAR функционально похож на AMPAR, за исключением двух основных различий: NMDAR проводят ионные токи, состоящие из Na+, K+, но также (в отличие от большинства AMPAR) Ca2+; NMDAR также имеют участок внутри своего ионного канала, который связывает ионы магния (Mg2+). Этот участок связывания магния расположен в поре канала, в месте внутри электрического поля, создаваемого мембранным потенциалом. Обычно ток не проходит через канал NMDAR, даже когда он связан с глутаматом. Это связано с тем, что ионный канал, связанный с этим рецептором, заблокирован магнием, действующим как пробка в бутылке. Однако, поскольку Mg2+ заряжен и связан в электрическом поле мембраны, деполяризация мембранного потенциала выше порогового значения может удалить магний, позволяя току проходить через канал NMDAR. Это придает NMDAR свойство зависимости от напряжения, поскольку для обеспечения ионного потока требуется сильная постсинаптическая деполяризация.
Характеристики
В качестве объяснения различий в квантовом содержании возбуждающих постсинаптических токов (ВПТ), опосредованных AMPARs и NMDARs в нейронах гиппокампа, были предложены "молчащие" синапсы. Более прямые доказательства получены в экспериментах, где стимулировалось лишь небольшое количество аксонов. Стимуляция "молчащего" синапса не вызывает ВПТ при удержании постсинаптической клетки на потенциале -60 мВ. Стимуляция "молчащего" синапса вызывает ВПТ при деполяризации постсинаптической клетки до потенциала более чем -40 мВ. Это обусловлено отсутствием AMPAR на поверхности, необходимых для прохождения тока при гиперполяризованных потенциалах, однако они содержат NMDAR, которые пропускают ток при более положительных потенциалах (за счет снятия магниевого блока). Более того, ВПТ, вызванные деполяризованными мембранными потенциалами, могут быть полностью заблокированы D-APV, селективным блокатором NMDAR.
Активация
Тихие синапсы активируются путем внедрения AMPAR в постсинаптическую мембрану, явление, обычно называемое "транспортировкой AMPA-рецепторов". Когда глутамат связывается с сильно деполяризованной постсинаптической клеткой (например, во время геббианской долговременной потенциации – ЛТП), ионы Ca2+ быстро проникают внутрь и связываются с кальмодулином. Кальмодулин активирует кальций/кальмодулин-зависимую протеинкиназу II (CaMKII), которая, помимо прочего, воздействует на везикулы, содержащие AMPAR, расположенные вблизи постсинаптической мембраны. CaMKII фосфорилирует эти AMPAR, что служит сигналом для их внедрения в постсинаптическую мембрану. После внедрения AMPAR синапс перестает быть тихим; активированные синапсы больше не требуют одновременной пре- и постсинаптической активности для генерации постсинаптических потенциалов (EPSP). После начальной активации (ранняя долговременная потенциация), если постсинаптический нейрон продолжает подвергаться стимуляции, он адаптируется к постоянной возбудимости (поздняя долговременная потенциация). Это происходит за счет изменения уровня продукции AMPA-рецепторов, которые затем внедряются в мембрану в области синапса. Имеющиеся данные свидетельствуют о том, что дендритная арборизация и созревание синапсов 1 (Dasm1), представитель суперсемейства иммуноглобулинов, участвует в созревании синапсов, по сути "пробуждая" тихие синапсы.