シナプス伝達と神経伝達物質の機能

シナプス伝達は、あるニューロンがシナプスを介して別のニューロンまたはエフェクター細胞と通信するプロセスです。主要な化学シナプスでは、活動電位の到達がカルシウム依存性の神経伝達物質放出を引き起こし、神経伝達物質はシナプス間隙を拡散してシナプス後受容体に結合し、標的細胞の膜電位を変化させます。この分野では、そのシグナル伝達経路の細胞および分子機構と、それを担う神経伝達物質システムについて扱います。

Definition

シナプス伝達は、前シナプスニューロンから後シナプス細胞へのシグナルの伝導であり、化学シナプスでは、調節されたカルシウムによって引き起こされる神経伝達物質の放出によって達成されます。神経伝達物質は標的細胞の受容体に結合し、その興奮性を変化させます。

Scope

この分野は、神経系における化学シナプスシグナル伝達、すなわち、伝達物質がどのように合成されパッケージ化されるか、その放出がどのようにカルシウム流入と結合するか、シナプス後受容体がどのように化学シグナルを変換するか、興奮性および抑制性入力がどのように統合されるか、そしてシナプス強度が使用によってどのように修飾されるかについて読者を導きます。生理学の参考資料として構成されており、臨床管理の指針を提供するものではありません。

Sub-topics

• Calcium-Dependent Neurotransmitter Release and Vesicle Dynamics
• Excitatory and Inhibitory Synaptic Potentials and Integration
• Neurotransmitter Synthesis, Packaging, and Catabolism
• Postsynaptic Receptors and Synaptic Integration
• Short-Term and Long-Term Synaptic Plasticity

Core questions

• 前シナプス脱分極はどのように神経伝達物質放出に変換されるのか？
• シナプス後受容体は伝達物質結合をどのように電気的または生化学的変化に変換するのか？
• 多くの収束する興奮性および抑制性入力は、単一のニューロンによってどのように統合されるのか？
• シナプス強度は短期間および長期間にわたってどのように変化するのか？

Key concepts

• 化学シナプスとシナプス間隙
• 前シナプス終末と活動部位
• カルシウムによって引き起こされる小胞エキソサイトーシス
• 神経伝達物質受容体（イオンチャネル型と代謝型）
• 興奮性および抑制性シナプス後電位
• シナプス統合
• シナプス可塑性

Key theories

伝達物質放出の量子仮説

神経伝達物質は、単一のシナプス小胞の内容物に対応する、離散的でほぼ均一なパケット（量子）として放出されるため、シナプス後応答は単位微小応答の整数倍から構成されます。

シナプス伝達の化学説

ほとんどの中枢および末梢シナプスは、直接的な電気的連続性ではなく、拡散性の化学メッセンジャーを放出することによって伝達し、放出は前シナプスカルシウム流入と密接に結合しています。

Mechanisms

前シナプス終末に侵入する活動電位は電位依存性カルシウムチャネルを開き、その結果生じるカルシウム流入は、活動部位で神経伝達物質が充填された小胞と細胞膜との融合を引き起こし、伝達物質を間隙に放出します。伝達物質はシナプス後受容体に結合し、受容体は直接イオンチャネルを開く（イオンチャネル型）か、セカンドメッセンジャーを介して作用し（代謝型）、脱分極性（興奮性）または過分極性（抑制性）電位を生成します。シナプス後ニューロンはこれらの入力を空間的および時間的に統合し、繰り返される活動は結合を強化または弱化させることができ、これがシナプス可塑性の基礎となります。

Clinical relevance

神経伝達物質の合成、放出、受容体結合、および再取り込みは一般的な薬理学的標的であるため、シナプス伝達は、多くの神経学的および精神医学的疾患、およびそれらを治療するために使用される薬物がその効果を発揮するレベルです。この分野は、そのような介入が作用する正常な生理学を記述しており、診断または治療の指針としてではなく、背景理解を目的としています。

History

シナプス伝達の化学的性質は20世紀初頭に確立され、バーナード・カッツとその同僚によって洗練されました。彼らの1950年代の神経筋接合部での研究は、伝達物質が量子として放出されることを明らかにしました。その後の分子生物学的研究は、カッツ、そして後にスードホフらにノーベル賞をもたらし、電気活動と放出を結びつける小胞融合機構とカルシウムセンサーを特定しました。

Key figures

• Bernard Katz
• Thomas Südhof
• Eric Kandel

Seminal works

• fatt-katz-1952
• sudhof-2013
• kandel-2001

Frequently asked questions

化学シナプスと電気シナプスの違いは何ですか？

化学シナプスは、間隙を横断して標的細胞の受容体に結合する神経伝達物質を放出することによってシグナルを伝達しますが、電気シナプスはギャップ結合チャネルを介して電流を直接通過させます。この分野は、哺乳類の神経系で主要な様式である化学伝達に関係しています。

なぜカルシウムはシナプス伝達の中心なのですか？

電位依存性チャネルを介して前シナプス終末に入るカルシウムは、電気活動と小胞融合を結びつける引き金であり、したがって伝達物質放出はカルシウムシグナルに大きく依存します。