Введение

Коллатерали Шаффера – это аксонные коллатерали, отходящие от пирамидальных клеток CA3 в гиппокампе. Эти коллатерали проецируются в область CA1 гиппокампа и являются неотъемлемой частью формирования памяти и эмоциональной сети цепи Папеца, а также гиппокампальной трисинаптической петли. Это один из наиболее изученных синапсов в мире, названный в честь венгерского анатома и невролога Кароли Шаффера. Являясь частью гиппокампальных структур, коллатерали Шаффера участвуют в развитии лимбической системы, играющей критическую роль в процессах обучения и памяти. Информационные сигналы из контралатеральной области CA3 передаются через пути коллатералей Шаффера к пирамидальным нейронам CA1. Зрелые синапсы содержат меньше ветвей коллатералей Шаффера, чем не полностью развитые синапсы пирамидальных нейронов CA1 гиппокампа. На ранней стадии долговременной потенциации коллатерали Шаффера высвобождают глутамат, который связывается с AMPA-рецепторами дендритов CA1. Процесс формирования сети рекуррентных возбуждающих глутаматергических синапсов между CA3 и CA1 изменяет частоту спонтанных потенциалов действия в коллатералях Шаффера. К моменту взросления рекуррентная сетевая активность CA3 снижается, частота спонтанных потенциалов действия уменьшается в коллатералях Шаффера, и аксоны коллатералей Шаффера могут формировать синапс с единым местом высвобождения и одним дендритным шипиком на заданном пирамидальном нейроне CA1. Энторинальная кора посылает основной входной сигнал в зубчатую извилину (перфорантный путь). От гранулярных клеток зубчатой извилины связи формируются с областями CA3 гиппокампа через моховые волокна. CA3 передает информационные сигналы пирамидальным клеткам CA1 через коллатерали Шаффера и комиссуральные волокна из контралатерального гиппокампа.

Функция

В процессе формирования памяти в гиппокампе, коллатерали Шаффера, по-видимому, не играют ключевой роли в создании самой памяти, однако очевидно, что они способствуют пластичности, зависящей от активности, и информационным процессам, которые неизменно изменяются по мере развития памяти в гиппокампе. Коллатерали Шаффера влияют на развитие лимбической системы, критически важной для обучения и запоминания. Контралатеральная область CA3 передает информацию через коллатерали Шаффера к пирамидальным нейронам CA1.

Колатеральная пластичность Шаффера и гиппокампа

Пластические изменения, происходящие в гиппокампе, участвуют в направлении процесса формирования воспоминаний. Коллатерали Шаффера влияют на гиппокамп, способствуя развитию кратковременной (Кратковременной пластичности) и долговременной синаптической пластичности (Долговременной пластичности), что связано с хранением информации и изменением эффективности синаптической передачи после предшествующей синаптической активности.

Долгосрочная потенцияция

Долгосрочная потенциация (ДПП) в гиппокампальной формации является модельной системой для изучения нейронной пластичности. Коллатеральные синапсы Шаффера используются в качестве примера, представляя собой типичный возбуждающий глутаматергический синапс коры, который был тщательно изучен для выявления закономерностей стимуляции (электрических и химических) и механизмов, посредством которых синапсы устойчиво усиливаются или ослабляются. ДПП играет роль в процессах хранения и извлечения информации, а также в формировании сетей памяти, связанных с фактами и эмоциями, поскольку гиппокамп является частью лимбической системы, связанной с миндалевидным телом. ДПП в гиппокампе – важная модель нейронной пластичности, способствующая обучению и памяти. Нейропсин оказывает регуляторное воздействие на ДПП коллатералей Шаффера в гиппокампе крысы. Тета-всплеск стимуляции коллатералей Шаффера может быть достаточным для индукции ДПП, стимулируя формирование филаментозного актина в дендритах CA1. В мозге млекопитающих определенные паттерны синаптической активности вызывают долгосрочную потенциацию (ДПП) – устойчивое увеличение синаптической силы, и долгосрочную депрессию (ДПД) – устойчивое снижение синаптической силы.

LTP на коллатеральных синапсах Schaffer-CA1 и "пластичность канала SK2"

Долгосрочная пластичность в синапсах гиппокампа может быть индуцирована различными паттернами стимуляции, генерирующими пре- и постсинаптическую деполяризацию. Эти синаптические изменения могут приводить к модификации функционирования нейронных цепей и поведенческой пластичности. Некоторые паттерны синаптической активности вызывают значительное увеличение синаптической силы, также известное как долговременная потенциация (LTP). В гиппокампе LTP в шафферовских коллатералях CA1 модулирует биофизические свойства AMPA-рецепторов. Более того, SK2, кальций-активированный калиевый канал с малой проводимостью, изменяет форму возбуждающих постсинаптических потенциалов (ВПСП) посредством взаимодействия с N-метил-D-аспартатными рецепторами (NMDA-рецепторами). Исследование, проведенное Lin MT и соавторами, было направлено на выяснение, участвуют ли каналы SK2 в синаптических изменениях, когда снижение, зависящее от активности, вносит вклад в LTP.

Выделение из пузырьков в "Schaffer Collateral"

Трансмиттеры высвобождаются из пресинаптических терминалов в результате слияния везикул с мембраной, содержащих нейротрансмиттеры, такие как глутамат. Везикулы подвергаются экзоцитозу, а нейротрансмиттеры вновь поступают в пресинаптический терминал для повторного использования. Эти слившиеся везикулы затем преимущественно возвращаются в пул быстрого перециклирования для повторного использования. Дополнительные везикулы из резервного пула пресинаптического терминала высвобождаются в ответ на более сильные амплитудные деполяризации пресинаптического аксона, вызванные большей пространственной или временной суммацией потенциалов действия, что соответствует большему притоку кальция и его поляризующему эффекту. Скорость эндоцитоза зависит от скорости перециклирования везикул в пул перециклирования. Мультивезикулярный релиз (МВР) происходит в синапсах Шэффера-CA1 при повышении P посредством фасилитации, и МВР может быть феноменом, характерным для многих синапсов в центральной нервной системе.