Jaké jsou tři způsoby neurotransmise a jak se liší, pokud jde o časové spojení s akčními potenciály?
Existují tři způsoby neurotransmise: uvolňování závislé na stimulaci (evokované), asynchronní evokované uvolňování a spontánní uvolňování.
Uvolnění závislé na stimulaci je pevně spojeno s příchozími akčními potenciály, což znamená, že když je přijat akční potenciál, synaptické vezikuly se spojují s Presynaptická membrána Prakticky okamžitě uvolňují neurotransmitery. Je to jako běžci začínající, jakmile startovací zbraň zhasne; Pohyb je okamžitý a synchronizovaný.
Asynchronní evokované uvolnění se vyskytuje v reakci na akční potenciál, i když se zpožděním. Je to méně dočasně související s akčním potenciálem, podobně jako běžci, kteří se nedostali na rychlý start. Tato forma vydání má flexibilnější čas.
Naproti tomu spontánní uvolňování je plně nezávislé na akčních potenciálech. I bez stimulace se mohou synaptické vezikuly spojit s membránou a uvolňovat neurotransmitery. Jedná se o proces na pozadí, ke kterému dochází v nepřítomnosti jakéhokoli okamžitého stimulu z elektrické aktivity neuronu.
Jak přispěla práce Fatts a Katz v 50. letech 20. století k pochopení neurotransmise, zejména pokud jde o spontánní a evokované uvolňování?
Fatts a Katzova práce v padesátých letech byla základem. Zkoumali neuromuskulární spojení, který spojuje motorické neurony se svalovými buňkami a využíval mikroelektrody k posouzení elektrické aktivity v těchto svalových buňkách.
Zjistili, že aktivace motorického neuronu vedla k významné depolarizaci svalu-vyvolanou reakci, což je klasický příklad neurotransmise závislé na akčním potenciálu. Vzrušující prvek bylo, že vědci identifikovali skromné, spontánní elektrické potenciály, i když buňka nebyla aktivována.
Tyto skromné, náhodné události prokázaly, že uvolnění neurotransmiteru může nastat bez akčního potenciálu. Tento objev vytvořil rámec pro naše současné porozumění spontánní a vyvolané neurotransmise.
Obrázek kredit: Katestudio/Shutterstock.com
Jakou roli hraje gephyrin v GABAergických synapsích a jak artemisininy ovlivňují strukturu lešení gephyrinu?
Gephyrin je důležitý v GABAergických synapsích, protože slouží jako protein lešení. Má na starosti ukotvení receptorů GABA-A v synapse a zajišťuje, že jsou vhodně umístěny tak, aby usnadnily inhibiční neurotransmisi. Bez gephyrinu by se tyto receptory nesplnily efektivně, což by způsobilo synaptickou dysfunkci.
Když léčíme neurony antimalariálními léky zvanými artemisininy, narušujeme tuto strukturu lešení. Artemisininy se vážou na univerzální vazebnou kapsu Gephyrin, která také hostuje receptory GABA-A. V důsledku toho se snižuje objem klastrů gephyrinu, což naznačuje, že lešení se snižuje.
Toto zmenšení je omezeno na gephyrin v synapse, takže presynaptické značky se nezměnily. Tato porucha snižuje schopnost synapse ukotvit receptory GABA-A, což má důležité funkční důsledky pro neurotransmisi.
Jak dochází ke segregaci neurotransmise ve stejné synapse a jaký důkaz podporuje tento jev při evokovaném i spontánním uvolňování?
Neurotransmise je segregována ve stejné synapse, protože různé části synapse přednostně podporují provokované nebo spontánní uvolňování.
Při jediné synapse je presynaptický a postsynaptický stroj zapojený do evokového uvolňování hustěji koncentrován na některých místech, zatímco jiné oblasti mohou být specializovanější pro spontánní uvolňování.
Důkazy pro toto pocházejí z pokusů, ve kterých jsme použili MK-801, blokátor receptoru závislého na použití, aby rozlišili mezi těmito režimy. Například bylo zjištěno, že různé populace receptoru NMDA jsou aktivní během spontánní neurotransmise vs. vyvolané uvolňování.
Kromě toho jsme pozorovali strukturální rozdíly v presynaptické a postsynaptické hustotě proteinů napříč regiony, které podporují tyto různé formy uvolňování. Jinými slovy, dokonce i uvnitř stejné aktivní zóny synapse máme specializované struktury, které umožňují tyto dvě formy neurotransmise.
Jaký dopad má narušení gephyrinu léčbou artemisininem na spontánní inhibiční neurotransmisi a inhibici toniky?
Léky artemisininu Převážně ovlivňuje spontánní inhibiční neurotransmisi. Po pouhé jedné hodině terapie artemisininem najdeme značný pokles frekvence mikro inhibičních postsynaptických proudů (mini ipscs), což naznačuje spontánní neurotransmise.
K tomu dochází, když je narušeno lešení gephyrinu, což zabraňuje správným ukotvením GABA-A receptorů při synapse. Výsledkem je, že i když synaptické vezikuly emituje neurotransmitery, mohou existovat nedostatečné receptory, které reagují na signál.
Je zajímavé, že tonická inhibice, která je zprostředkována extrasynaptickými receptory GABA-A, je mírně zvýšena. Věříme, že je to proto, že receptory GABA-A, které již nejsou připojeny v synapse, by mohly migrovat do extrasynaptické oblasti, což zvyšuje tonickou inhibici.
Jak spontánní neurotransmise přispívá k regulaci homeostatické plasticity a jaký je jeho potenciální význam pro neuropsychiatrická nemoci?
Homeostatická plasticita, mozková metoda zachování rovnováhy v nervových obvodech, se silně spoléhá na spontánní neurotransmise. Přispívá k „rovnovážné“ synaptické aktivitě a zajišťuje, že se neurony nestanou příliš excitovatelnými nebo klidovými.
Zvyšuje se množství údajů týkajících se spontánní neurotransmise s etiologií a léčbou neuropsychiatrických podmínek.
Například když léky jako ketamin inhibují NMDA receptory Synaptická upscaling, který se podílí na spontánním přenosu, se vyskytuje, což je kompenzační mechanismus, ve kterém synapse rostou v reakci na sníženou aktivitu.
Tento jev je spojen s antidepresivními charakteristikami ketaminu, což znamená, že modulace spontánní neurotransmise může poskytnout nové terapeutické metody pro poruchy, jako je deprese.
Jaké byly elektrofyziologické účinky pozorovány po léčbě artemisininu a jak se lišily mezi spontánní a vyvolanou neurotransmisí?
Podávání artemisininu vedlo k selektivnímu snížení spontánní inhibiční neurotransmise, ale evokovaná neurotransmise zůstala většinou nezměněna. Konkrétně byl dramaticky snížen počet mikro iPSC (spontánní proudy). Velikost těchto spontánních proudů se také snížila, což znamenalo, že k usnadnění tohoto druhu přenosu bylo k dispozici méně receptorů GABA-A.
Naproti tomu, když jsme zkoumali evokované neurotransmisi s použitím repetitivní stimulačních protokolů, nezjistili jsme žádnou změnu v amplitudě evokovaných IPSC (inhibiční postsynaptické proudy) nebo poměru párových pulsů, což naznačuje, že mechanismy pro uvolnění závislé na akčním potenciálu zůstaly intaktní. To ukazuje, že spontánní a indukované typy neurotransmise lze regulovat odlišně ve stejné synapse.
Jak ztráta gephyrinu na synaptickém periferii koreluje se změnami ve shluku GABA receptoru a synaptickou signalizaci?
Absence gephyrinu na periferii synaptických klastrů má přímý účinek na Shlukování a synaptická signalizace receptoru GABA-A. Léčba artemisininu způsobuje selektivní snížení objemu gephyrinu na periferii a ponechává jádro shluku gephyrinu relativně neporušené. Výsledkem je, že receptory GABA-A ukotvené v těchto periferních místech jsou eliminovány, což snižuje celkovou povrchovou plochu dostupnou pro inhibiční přenos.
Jak se počet receptorů dostupných reaguje na uvolňování synaptických vezikul, snižuje se tak i frekvence a amplituda spontánní neurotransmise. Stručně řečeno, narušení gephyrinu zhoršuje synaptické lešení a snižuje účinnost synaptické komunikace, zejména při spontánní neurotransmisi.
O reproduktorech
Dr. Kavallali je profesorem a předsedou farmakologie a předsedy William Stokes v experimentálních terapeutikách na Vanderbilt School of Medicine. Kavalli studuje mechanismy neurotransmise a synaptické signalizace v centrálním nervovém systému pomocí technik elektrického a optického záznamu a molekulárních nástrojů. Jeho skupina se zaměřuje na molekulární základ a funkční důsledky heterogenity mezi recyklačními dráhami synaptických vezikul přítomných v jednotlivých synapsích.
Natalie je studentkou Ph.D., neurověda na Vanderbilt University a členem Kavalili Lab. Její současný výzkum zahrnuje použití metod nahrávání bouří a elektrofyziologie ke studiu synaptické funkce. Před Vanderbilt byla vědeckou Masters Student Research na University College London.
O povrchu a metrologii Bruker Nano
Bruker Nano povrchy a metrologie Poskytuje vysoce výkonnou technologii, specializovanou analýzu a testovací technologii pro nejširší škálu výzkumných a výrobních aplikací.
Naše široké portfolio roztoků 2D a 3D Surface Profiler poskytuje konkrétní informace potřebné k odpovědi na otázky výzkumu a vývoje, QA/QC a měření povrchu rychlostí, přesností a snadností. A naše trokometry a mechanické testery poskytují praktická data používaná ke zlepšení vývoje materiálů a tribologických systémů. Kvantitativní nanomechanické a nanotribologické testovací nástroje Brukera jsou speciálně navrženy tak, aby umožňovaly nové hranice v charakterizaci nanočástic, vývoj materiálů a sledování procesů.
Bruker od samého začátku vede expanzi schopností mikroskopu atomových sil (AFM) a naše systémy jsou nejvíce citované AFM na světě. Naše komplexní sada AFM umožňuje vědcům po celém světě objevovat objevy a rozvíjet své chápání materiálů a biologických systémů. S naší technologií Nanoir je Bruker nyní také uznávaným lídrem ve fototermální IR spektroskopii od nanočástic po submicron a makro. A jako jediný výrobce AFM s nejmodernějším sondy nanofabrikační zařízení a celosvětovou zákaznickou podporou specifickou pro aplikaci je Bruker jedinečně pozici, aby poskytoval vybavení, pokyny a podporu pro všechny vaše potřeby výzkumu nanočástic.
Brukerova sada fluorescenčních mikroskopických systémů poskytuje celou řadu řešení pro vědce o vědě. Naše multiphotonové zobrazovací systémy poskytují hloubku zobrazování, rychlost a rozlišení potřebné pro intravital zobrazovací aplikace a naše konfokální systémy umožňují biologům buněk studovat funkci a strukturu pomocí zobrazování živých buněk při rychlostech a trvání dříve. Brukerovy mikroskopy super-rozlišení vytvářejí nové standardy s kvantitativní lokalizací jednotlivých molekul, která umožňuje přímé zkoumání molekulárních pozic a distribuci proteinů v buněčném prostředí. A naše mikroskopy Luxendo Light-liet revolucionizují dlouhodobé studie vývojové biologie a zkoumání dynamických procesů v buněčné kultuře a modelech malých zvířat.
Kromě vývoje a výroby systémů nové generace, které pomáhají současným a budoucím aplikacím našich zákazníků, je Bruker také velmi aktivní při získávání a partnerství s inovativními společnostmi, aby pokračoval v rozšiřování naší řady umožňujících technologií a řešení. Mezi nedávné přírůstky do rodiny Bruker Nano Surfaces patří Alicona Imaging, Anasys Instruments, Hysitron, JPK Instruments a Luxendo.
Ať už je vaše měření a analýza bez ohledu na to, ať už je váš materiál nebo rozsah vyšetřování, Bruker má pro vás specializované vysoce výkonné řešení.
