Neurotransmittersysteme und Rezeptoren

Neurotransmittersysteme sind die chemischen Signalwege, über die Neuronen an Synapsen kommunizieren: Eine präsynaptische Zelle setzt einen Transmitter frei, der an Rezeptoren einer Zielzelle bindet und deren elektrischen oder biochemischen Zustand verändert. Dieser Bereich gibt einen Überblick über die wichtigsten Transmitterfamilien des Zentralnervensystems und die Rezeptorproteine, auf die sie wirken, da diese Systeme die molekularen Ziele der meisten psychoaktiven und neurologischen Medikamente sind.

Definition

Ein Neurotransmittersystem umfasst ein Signalmolekül (den Transmitter), die Enzyme und Transporter, die es synthetisieren, speichern und abbauen, sowie die Rezeptoren, über die es wirkt; Rezeptoren sind im Großen und Ganzen entweder ionotrop (ligandengesteuerte Ionenkanäle, die eine schnelle Signalübertragung ermöglichen) oder metabotrop (G-Protein-gekoppelt, was eine langsamere, modulierende Signalübertragung bewirkt).

Scope

Der Bereich führt den Leser in die Organisation der chemischen Neurotransmission ein und erklärt, warum sie für die Pharmakologie von Bedeutung ist. Er gliedert das Feld in Monoamine, die wichtigsten schnellen Aminosäure-Transmitter (inhibitorisches GABA und exzitatorisches Glutamat), das endogene Opioidpeptidsystem und die zentrale cholinerge Signalübertragung. Diese Systeme werden als Referenzwissen behandelt, das der Neuropsychopharmakologie zugrunde liegt, nicht als klinische oder verschreibende Leitlinie.

Sub-topics

• Acetylcholin und cholinerge Neurotransmission im ZNS
• GABA und inhibitorische Neurotransmission
• Glutamat und exzitatorische Aminosäure-Neurotransmission
• Monoamin-Neurotransmission
• Opioidrezeptorsysteme und endogene Opioide

Core questions

• Welche Transmitterfamilien sind im ZNS aktiv und welche funktionellen Rollen erfüllen sie?
• Wie unterscheiden sich ionotrope und metabotrope Rezeptoren in Mechanismus und Zeitskala?
• Wie wird ein Transmitter synthetisiert, freigesetzt und inaktiviert, und wo können Medikamente eingreifen?
• Warum sind Neurotransmitterrezeptoren die dominanten Ziele psychoaktiver Medikamente?

Key concepts

• Chemische synaptische Übertragung
• Ionotrope (ligandengesteuerte) Rezeptoren
• Metabotrope (G-Protein-gekoppelte) Rezeptoren
• Exzitatorische und inhibitorische Neurotransmission
• Wiederaufnahme-Transporter und enzymatischer Abbau
• Rezeptoragonisten, -antagonisten und -modulatoren
• Neuromodulation

Mechanisms

Systemübergreifend ist die gemeinsame Logik Freisetzung, Erkennung und Beendigung. Ein Transmitter wird synthetisiert, in Vesikel verpackt und in den synaptischen Spalt freigesetzt, wo er an Rezeptoren der postsynaptischen (und manchmal präsynaptischen) Membran bindet. Ionotrope Rezeptoren sind selbst Ionenkanäle und erzeugen schnelle exzitatorische oder inhibitorische Ströme, wie bei Glutamat- und GABA-A-Rezeptoren zu beobachten; metabotrope Rezeptoren koppeln an G-Proteine und erzeugen langsamere, modulierende Effekte, wie bei Dopamin-, Muskarin- und Opioidrezeptoren. Das Signal wird durch Wiederaufnahme-Transporter oder durch enzymatischen Abbau beendet, und diese Clearance-Schritte sind selbst wichtige Angriffspunkte für Medikamente. Beaulieu und Gainetdinov (2011), Traynelis et al. (2010), Olsen und Sieghart (2008) sowie Picciotto et al. (2012) beschreiben repräsentative Rezeptorfamilien, die diese Mechanismen umfassen.

Clinical relevance

Die meisten in der Psychiatrie und Neurologie verwendeten Medikamente wirken, indem sie die Neurotransmission verändern, sei es durch Nachahmung oder Blockade eines Rezeptors, durch Hemmung eines Wiederaufnahme-Transporters oder durch Modulation eines Kanals. Das Verständnis dieser Systeme ist daher zentral für die Interpretation, wie solche Wirkstoffe mutmaßlich funktionieren. Dieser Bereich ist beschreibendes Referenzmaterial zur Signalübertragung und keine Grundlage für die Auswahl, Dosierung oder Anpassung einer Behandlung.

Evidence & guidelines

Die Rezeptorklassifikation und -nomenklatur in diesem Bereich folgen Konsens-Synthesen wie den IUPHAR-Rezeptorübersichten; die zitierten Artikel in Pharmacological Reviews stellen die maßgebliche Übersichts-Literatur für die Dopamin-, Glutamat- und GABA-A-Systeme dar.

History

Die chemische Neurotransmission wurde im frühen 20. Jahrhundert etabliert, und die zweite Hälfte des Jahrhunderts sah die systematische Identifizierung von Transmitterfamilien und die Klonierung ihrer Rezeptoren. Die Erkenntnis, dass Rezeptoren in ionotrope und metabotrope Klassen fallen und dass unterschiedliche Rezeptor-Subtypen verschiedene Wirkungen vermitteln, hat die Pharmakologie zu einer rezeptorzentrierten Disziplin umgestaltet und liegt der modernen Neuropsychopharmakologie zugrunde.

Seminal works

• beaulieu-2011
• traynelis-2010
• olsen-sieghart-2008

Frequently asked questions

Was ist der Unterschied zwischen ionotropen und metabotropen Rezeptoren?

Ein ionotroper Rezeptor ist selbst ein Ionenkanal, der sich öffnet, wenn der Transmitter bindet, und eine schnelle Signalübertragung bewirkt; ein metabotroper Rezeptor ist an ein G-Protein gekoppelt und löst langsamere intrazelluläre Signalkaskaden aus, die die Zelle modulieren.

Warum sind Neurotransmittersysteme in der Pharmakologie so wichtig?

Da die meisten psychoaktiven und neurologischen Medikamente durch Veränderung der Neurotransmission wirken, sind die Transmitter, ihre Rezeptoren und ihre Abbauwege die wichtigsten molekularen Ziele, über die diese Medikamente wirken.