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.
Neurotransmission (Latin: transmissio "passage, crossing" from transmittere "send, let through") is the process by which signaling molecules called neurotransmitters are released by the axon terminal of a neuron (the presynaptic neuron), and bind to and react with the receptors on the dendrites of another neuron (the postsynaptic neuron) a short distance away. A similar process occurs in retrograde neurotransmission, where the dendrites of the postsynaptic neuron release retrograde neurotransmitters (e. g., endocannabinoids; synthesized in response to a rise in intracellular calcium levels) that signal through receptors that are located on the axon terminal of the presynaptic neuron, mainly at GABAergic and glutamatergic synapses. Neurotransmission is regulated by several different factors: the availability and rate of synthesis of the neurotransmitter, the release of that neurotransmitter, the baseline activity of the postsynaptic cell, the number of available postsynaptic receptors for the neurotransmitter to bind to, and the subsequent removal or deactivation of the neurotransmitter by enzymes or presynaptic reuptake. In response to a threshold action potential or graded electrical potential, a neurotransmitter is released at the presynaptic terminal. The released neurotransmitter may then move across the synapse to be detected by and bind with receptors in the postsynaptic neuron. Binding of neurotransmitters may influence the postsynaptic neuron in either an inhibitory or excitatory way. The binding of neurotransmitters to receptors in the postsynaptic neuron can trigger either short term changes, such as changes in the membrane potential called postsynaptic potentials, or longer term changes by the activation of signaling cascades. Neurons form complex biological neural networks through which nerve impulses (action potentials) travel. Neurons do not touch each other (except in the case of an electrical synapse through a gap junction); instead, neurons interact at close contact points called synapses. A neuron transports its information by way of an action potential. When the nerve impulse arrives at the synapse, it may cause the release of neurotransmitters, which influence another (postsynaptic) neuron. The postsynaptic neuron may receive inputs from many additional neurons, both excitatory and inhibitory. The excitatory and inhibitory influences are summed, and if the net effect is inhibitory, the neuron will be less likely to "fire" (i. e., generate an action potential), and if the net effect is excitatory, the neuron will be more likely to fire. How likely a neuron is to fire depends on how far its membrane potential is from the threshold potential, the voltage at which an action potential is triggered because enough voltage dependent sodium channels are activated so that the net inward sodium current exceeds all outward currents. Excitatory inputs bring a neuron closer to threshold, while inhibitory inputs bring the neuron farther from threshold. An action potential is an "all or none" event; neurons whose membranes have not reached threshold will not fire, while those that do must fire. Once the action potential is initiated (traditionally at the axon hillock), it will propagate along the axon, leading to release of neurotransmitters at the synaptic bouton to pass along information to yet another adjacent neuron.
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.
GABA–glycine co release. Dopamine–glutamate co release. Acetylcholine (ACh)–glutamate co release. ACh–vasoactive intestinal peptide (VIP) co release. ACh–calcitonin gene related peptide (CGRP) co release. Glutamate–dynorphin co release (in hippocampus). Noradrenaline and ATP are sympathetic co transmitters. It is found that the endocannabinoid anadamide and the cannabinoid WIN 55,212 2 can modify the overall response to sympathetic nerve stimulation, and indicate that prejunctional CB1 receptors mediate the sympatho inhibitory action. Thus cannabinoids can inhibit both the noradrenergic and purinergic components of sympathetic neurotransmission. One unusual pair of co transmitters is GABA and glutamate which are released from the same axon terminals of neurons originating from the ventral tegmental area (VTA), internal globus pallidus, and supramammillary nucleus. The former two project to the habenula whereas the projections from the supramammillary nucleus are known to target the dentate gyrus of the hippocampus.