Введение

Нейротрансмиссия (лат. transmissio "проход, пересечение" от transmittere "отправить, пропустить") – это процесс, при котором сигнальные молекулы, называемые нейротрансмиттерами, высвобождаются аксонным терминалом нейрона (пресинаптический нейрон) и связываются с рецепторами на дендритах другого нейрона (постсинаптический нейрон) на небольшом расстоянии, вызывая реакцию. Аналогичный процесс происходит при ретроградной нейротрансмиссии, когда дендриты постсинаптического нейрона высвобождают ретроградные нейротрансмиттеры (например, эндоканнабиноиды, синтезируемые в ответ на повышение уровня внутриклеточного кальция), которые сигнализируют через рецепторы, расположенные на аксонном терминале пресинаптического нейрона, преимущественно на ГАМК- и глутаматергических синапсах. Нейротрансмиссия регулируется различными факторами: доступностью и скоростью синтеза нейротрансмиттера, его высвобождением, базовой активностью постсинаптической клетки, количеством доступных постсинаптических рецепторов для связывания нейротрансмиттера, а также последующим удалением или инактивацией нейротрансмиттера ферментами или пресинаптическим обратным захватом. В ответ на достижение порогового потенциала действия или градированного электрического потенциала, нейротрансмиттер высвобождается в пресинаптическом терминале. Высвобожденный нейротрансмиттер перемещается через синаптическую щель, где обнаруживается и связывается с рецепторами постсинаптического нейрона. Связывание нейротрансмиттеров может оказывать как ингибирующее, так и возбуждающее влияние на постсинаптический нейрон. Связывание нейротрансмиттеров с рецепторами постсинаптического нейрона может вызывать кратковременные изменения, такие как изменения мембранного потенциала, называемые постсинаптическими потенциалами, или долгосрочные изменения посредством активации сигнальных каскадов. Нейроны формируют сложные биологические нейронные сети, по которым распространяются нервные импульсы (потенциалы действия). Нейроны не соприкасаются друг с другом (за исключением электрических синапсов через щелевые контакты); вместо этого они взаимодействуют в точках тесного контакта, называемых синапсами. Нейрон передает информацию посредством потенциала действия. Когда нервный импульс достигает синапса, он может вызвать высвобождение нейротрансмиттеров, которые влияют на другой (постсинаптический) нейрон. Постсинаптический нейрон может получать входные сигналы от множества других нейронов, как возбуждающих, так и ингибирующих. Возбуждающие и ингибирующие влияния суммируются, и если суммарный эффект ингибирующий, нейрон с меньшей вероятностью "сработает" (т.е. сгенерирует потенциал действия), а если суммарный эффект возбуждающий, нейрон с большей вероятностью сработает. Вероятность срабатывания нейрона зависит от того, насколько его мембранный потенциал удален от порогового потенциала – напряжения, при котором запускается потенциал действия, поскольку активируется достаточное количество вольтаж-зависимых натриевых каналов, чтобы чистый входящий натриевый ток превысил все исходящие токи. Возбуждающие сигналы приближают нейрон к порогу, а ингибирующие – отдаляют от него. Потенциал действия – это событие типа "все или ничего"; нейроны, мембраны которых не достигли порога, не сработают, а те, которые достигли, обязательно сработают. После инициирования потенциала действия (обычно в аксонном холмике), он распространяется вдоль аксона, приводя к высвобождению нейротрансмиттеров в синаптической кнопке для передачи информации следующему соседнему нейрону.

Стадии нейротрансмиссии на синапсе

Синтез нейротрансмиттера. Это может происходить в теле клетки, в аксоне или в аксонном окончании. Хранение нейротрансмиттера в гранулах или везикулах в аксонном окончании. Кальций поступает в аксонное окончание во время потенциала действия, вызывая высвобождение нейротрансмиттера в синаптическую щель. После высвобождения передатчик связывается и активирует рецептор в постсинаптической мембране. Инактивация нейротрансмиттера. Нейротрансмиттер либо разрушается ферментативно, либо возвращается в терминал, из которого он был высвобожден, где он может быть повторно использован, либо деградирует и удаляется.

Общее описание

Нейротрансмиттеры спонтанно упаковываются в везикулы и высвобождаются в виде отдельных квантовых пакетов независимо от пресинаптических потенциалов действия. Это медленное высвобождение обнаруживается и вызывает микроингибиторные или микровозбуждающие эффекты на постсинаптический нейрон. Потенциал действия кратковременно усиливает этот процесс. Везикулы, содержащие нейротрансмиттеры, группируются вокруг активных участков, и после высвобождения могут быть переработаны одним из трех предложенных механизмов. Первый предложенный механизм включает частичное открытие, а затем повторное закрытие везикулы. Два других механизма включают полное слияние везикулы с мембраной с последующей переработкой или переработкой в эндосому. Везикулярное слияние в значительной степени обусловлено концентрацией кальция в микродоменах, расположенных вблизи кальциевых каналов, что обеспечивает высвобождение нейротрансмиттера в течение нескольких микросекунд, в то время как восстановление нормальной концентрации кальция занимает несколько сотен микросекунд. Считается, что экзоцитоз везикул опосредован белковым комплексом SNARE, который является мишенью для ботулинических токсинов. После высвобождения нейротрансмиттер попадает в синапс и взаимодействует с рецепторами. Нейротрансмиттерные рецепторы могут быть ионотропными или сопряженными с G-белком. Ионотропные рецепторы позволяют ионам проходить через них при активации лигандом. Основная модель предполагает рецептор, состоящий из нескольких субъединиц, обеспечивающих координацию ионной селективности. Рецепторы, сопряженные с G-белком, также называемые метаботропными рецепторами, при связывании с лигандом претерпевают конформационные изменения, приводящие к внутриклеточному ответу. Завершение активности нейротрансмиттера обычно происходит с помощью транспортера, однако возможна и ферментативная инактивация.

Резюме

Каждый нейрон соединяется с множеством других нейронов, получая от них многочисленные импульсы. Суммация – это суммирование этих импульсов в аксонном холмике. Если нейрон получает только возбуждающие импульсы, он генерирует потенциал действия. Если же нейрон получает одинаковое количество возбуждающих и тормозных импульсов, то торможение нейтрализует возбуждение, и нервный импульс прекращается. Генерация потенциала действия пропорциональна вероятности и характеру высвобождения нейротрансмиттеров, а также постсинаптической сенсибилизации рецепторов. Пространственное суммирование означает, что эффекты импульсов, полученных в разных точках нейрона, складываются, так что нейрон может активироваться при одновременном получении таких импульсов, даже если каждый импульс в отдельности был бы недостаточен для активации. Временное суммирование означает, что эффекты импульсов, полученных в одной и той же точке, могут суммироваться, если импульсы поступают в быстрой последовательности. Таким образом, нейрон может активироваться при получении нескольких импульсов, даже если каждый импульс в отдельности был бы недостаточен для активации.

Сближение и расхождение

Нейротрансмиссия предполагает как схождение, так и расхождение информации. Сначала на один нейрон влияет множество других, что приводит к сходящейся интеграции входных сигналов. Когда нейрон активируется, сигнал передается многим другим нейронам, что приводит к расходящейся передаче выходных сигналов. На эти нейроны влияет множество других нейронов.

Сопередача

Сотрансмиссия – это высвобождение нескольких типов нейротрансмиттеров из одного нервного окончания. На нервном терминале нейротрансмиттеры содержатся в мембранных везикулах размером 35–50 нм, называемых синаптическими везикулами. Для высвобождения нейротрансмиттеров синаптические везикулы временно фиксируются и сливаются у основания специализированных липопротеиновых структур в форме чаши размером 10–15 нм на пресинаптической мембране, называемых поросомами. Протеома нейронных поросом расшифрована, что позволило определить молекулярную архитектуру и полный состав этого механизма. Недавние исследования в различных системах показали, что большинство, если не все, нейроны высвобождают несколько различных химических посредников. Сотрансмиссия обеспечивает более сложные эффекты на постсинаптических рецепторах и, следовательно, позволяет осуществлять более сложную коммуникацию между нейронами. В современной нейробиологии нейроны часто классифицируются по их котрансмиттерам. Например, стриатальные "ГАМКергические нейроны" используют опиоидные пептиды или субстанцию P в качестве основного котрансмиттера. Некоторые нейроны могут высвобождать одновременно по крайней мере два нейротрансмиттера, один из которых является котрансмиттером, для обеспечения стабилизирующей отрицательной обратной связи, необходимой для значимого кодирования в отсутствие ингибирующих интернейронов. Примеры включают: совместное высвобождение ГАМК и глицина; совместное высвобождение дофамина и глутамата; сосвобождение ацетилхолина (АХ) и глутамата; совысвобождение АХ и вазоактивного кишечного пептида (VIP); совысвобождение АХ и пептида, связанного с геном кальцитонина (CGRP); совместное высвобождение глутамата и динорфина (в гиппокампе); норадреналин и АТФ являются симпатическими котрансмиттерами. Было обнаружено, что эндоканнабиноид анандамид и каннабиноид WIN 55,212-2 могут модулировать общую реакцию на стимуляцию симпатического нерва и указывают на то, что преюнкционные CB1-рецепторы опосредуют симпатоингибирующее действие. Таким образом, каннабиноиды могут ингибировать как норадренергические, так и пуринергические компоненты симпатической нейротрансмиссии. Необычной парой котрансмиттеров являются ГАМК и глутамат, которые высвобождаются из одних и тех же аксонных окончаний нейронов, происходящих из вентральной тегментальной области (ВТА), внутреннего бледного шара и надсосочкового ядра. Первые два проецируются в габенулу, в то время как проекции из надсосочкового ядра направлены на зубчатую извилину гиппокампа.