Постсинаптические рецепторы и синаптическая интеграция

Постсинаптические рецепторы — это белки на клетке-мишени, которые обнаруживают высвобожденный нейротрансмиттер и преобразуют его связывание в физиологический ответ. Они делятся на два основных класса: ионотропные рецепторы, которые представляют собой лиганд-управляемые ионные каналы, действующие в течение миллисекунд, и метаботропные рецепторы, которые связаны с G-белками и действуют медленнее через вторичные посредники. Свойства этих рецепторов определяют знак, величину и временной ход постсинаптического сигнала.

Definition

Постсинаптический рецептор нейротрансмиттера — это мембранный белок, который связывает специфический трансмиттер и преобразует это связывание либо путем прямого открытия ионного канала (ионотропный), либо путем активации внутриклеточных сигнальных каскадов через G-белки (метаботропный), тем самым изменяя возбудимость или биохимию клетки-мишени.

Scope

Эта тема охватывает основные семейства рецепторов нейротрансмиттеров, различие между ионотропной и метаботропной сигнализацией, как тип рецептора определяет возбуждающий или тормозящий эффект, и как результирующие потенциалы суммируются постсинаптическим нейроном. Она представлена как физиологическая и фармакологическая основа, а не как руководство по лечению.

Core questions

• Что отличает ионотропные рецепторы от метаботропных?
• Как тип рецептора определяет, является ли синапс возбуждающим или тормозящим?
• Как кинетика рецепторов формирует постсинаптический потенциал?
• Как интегрируются множественные синаптические входы в постсинаптическом нейроне?

Key concepts

• Ионотропные (лиганд-управляемые) рецепторы
• Метаботропные (G-белок-связанные) рецепторы
• Глутаматные рецепторы (AMPA, NMDA, каинатные)
• ГАМК- и глициновые рецепторы
• Ацетилхолиновые, дофаминовые и серотониновые рецепторы
• Вторичные посредники и передача сигнала
• Десенситизация рецепторов
• Синаптическая интеграция и суммация

Key theories

Ионотропная против метаботропной трансдукции

Быстрая передача использует лиганд-управляемые ионные каналы, которые открываются в течение миллисекунд, тогда как более медленная, модулирующая передача использует G-белок-связанные рецепторы, действующие через вторичные посредники; один и тот же трансмиттер может действовать через оба класса.

Mechanisms

Когда трансмиттер связывается с ионотропным рецептором, собственный канал рецептора открывается, позволяя ионному потоку деполяризовать или гиперполяризовать мембрану в течение миллисекунд; глутамат-управляемые AMPA- и NMDA-каналы опосредуют быстрое возбуждение, в то время как ГАМК- и глицин-управляемые хлоридные каналы опосредуют быстрое торможение. Метаботропные рецепторы, напротив, активируют G-белки, которые модулируют ферменты и ионные каналы через вторичные посредники, вызывая более медленные и продолжительные эффекты, как это наблюдается для многих дофаминовых и мускариновых ацетилхолиновых рецепторов. Постсинаптический нейрон суммирует возбуждающие и тормозящие потенциалы, генерируемые по его дендритам и соме в пространстве и времени, и чистый мембранный потенциал в триггерной зоне определяет, будет ли сгенерирован потенциал действия.

Clinical relevance

Рецепторы нейротрансмиттеров являются одними из наиболее распространенных мишеней для лекарственных препаратов в медицине и местом действия многих нейроактивных и психоактивных веществ, поскольку агонисты и антагонисты могут имитировать или блокировать эффекты трансмиттеров. Эта статья описывает физиологию рецепторов, на которую воздействуют такие агенты, и предназначена в качестве справочной информации, а не рекомендаций по назначению или диагностике.

History

Фармакологическая классификация рецепторов по их селективным агонистам и антагонистам, разработанная в двадцатом веке, уступила место молекулярному клонированию, которое выявило субъединичный состав и структуру семейств рецепторов. Сравнительные физиологические исследования установили разделение на ионотропные и метаботропные рецепторы, а подробные структурные и функциональные обзоры глутаматных и дофаминовых рецепторов закрепили современную карту рецепторов.

Key figures

• Roger Nicoll
• Robert Malenka
• Stephen Traynelis

Seminal works

• nicoll-1990
• traynelis-2010
• beaulieu-2011

Frequently asked questions

В чем разница между ионотропным и метаботропным рецептором?

Ионотропный рецептор сам по себе является ионным каналом, который открывается при связывании трансмиттера, вызывая быстрый ответ, тогда как метаботропный рецептор сигнализирует косвенно через G-белки и вторичные посредники, вызывая более медленные и модулирующие эффекты.

Как один и тот же нейротрансмиттер может быть возбуждающим в одном синапсе и тормозящим в другом?

Эффект зависит от рецептора и ионов, которые он пропускает, а не только от трансмиттера; например, глутамат, действующий на катион-проницаемые рецепторы, возбуждает, в то время как ГАМК, действующая на хлорид-проницаемые рецепторы, обычно тормозит.