Синаптическая передача и нейромедиаторы

Синаптическая передача — это процесс, посредством которого один нейрон передает сигнал другому в синапсе. В наиболее распространенной форме — химической передаче — приходящий потенциал действия запускает высвобождение молекул нейромедиатора, которые диффундируют через синаптическую щель и действуют на рецепторы принимающей клетки. Идентичность нейромедиатора и его рецепторов определяет, возбуждает ли сигнал, ингибирует или модулирует целевую клетку.

Definition

Синаптическая передача — это передача сигнала от пресинаптического нейрона к постсинаптической клетке, классически посредством кальций-зависимого высвобождения нейромедиаторов, которые активируют постсинаптические рецепторы; нейромедиаторы — это сигнальные молекулы, которые несут эту информацию.

Scope

Тема охватывает этапы химической синаптической передачи — слияние везикул, запускаемое кальцием, высвобождение нейромедиаторов, активацию рецепторов и прекращение сигнала — вместе с основными нейромедиаторными системами (такими как глутамат, ГАМК, ацетилхолин и моноамины) и различием между ионотропными и метаботропными рецепторами. Это справочный обзор механизмов, который не содержит клинических рекомендаций.

Core questions

• Как потенциал действия запускает высвобождение нейромедиатора в пресинаптическом терминале?
• Как постсинаптические рецепторы преобразуют химический сигнал в электрический или биохимический ответ?
• Что отличает основные нейромедиаторные системы и их типы рецепторов?
• Как прекращается синаптический сигнал и удаляется медиатор?

Key concepts

• Синаптические везикулы и аппарат SNARE
• Кальций-зависимый экзоцитоз
• Синаптическая щель и диффузия
• Ионотропные против метаботропных рецепторов
• Возбуждающие и тормозные нейромедиаторы
• Обратный захват и клиренс нейромедиаторов

Key theories

Кальциевая гипотеза везикулярного высвобождения

Приток кальция, вызванный потенциалом действия в терминале, запускает слияние везикул, нагруженных нейромедиатором, с мембраной, при этом аппарат SNARE и кальциевый сенсор синаптотагмин опосредуют быстрое, синхронное высвобождение.

Mechanisms

Когда потенциал действия достигает пресинаптического терминала, открываются потенциал-зависимые кальциевые каналы, и последующий приток кальция обнаруживается синаптотагмином, который действует совместно с комплексом SNARE, чтобы вызвать синхронное слияние нейромедиаторных везикул — последовательность, которую Зюдхоф и Чепмен (Südhof and Chapman) проанализировали на молекулярном уровне. Высвобожденный медиатор диффундирует через щель и связывается с постсинаптическими рецепторами: ионотропные рецепторы напрямую открывают ионные каналы для создания быстрых возбуждающих или тормозных потенциалов, в то время как метаботропные рецепторы действуют через G-белки для создания более медленных, модулирующих эффектов, как показано на примере сигнализации дофаминовых рецепторов. Сигнал прекращается путем обратного захвата транспортерами, ферментативной деградации или диффузии от синапса.

Clinical relevance

Многие лекарства, действующие на нервную систему, работают, изменяя синаптическую передачу — например, изменяя высвобождение нейромедиаторов, блокируя или активируя рецепторы, или ингибируя обратный захват — поэтому механизмы, описанные в этой теме, обеспечивают существенную основу для понимания нейрофармакологии. Данная статья носит образовательный характер и не является основанием для назначения или принятия решений о лечении.

Evidence & guidelines

Тема основана на молекулярных и физиологических исследованиях слияния везикул, фармакологии рецепторов и нейромедиаторных систем, а не на клинических рекомендациях, и обобщена в стандартных справочниках по нейробиологии и фармакологии.

History

Химическая природа синаптической передачи была установлена в начале двадцатого века, в частности, демонстрацией Отто Леви (Otto Loewi) химического посредника и квантовым анализом высвобождения на нервно-мышечном соединении Бернарда Каца (Bernard Katz). Более поздние молекулярные исследования идентифицировали белки SNARE и кальциевый сенсор синаптотагмин, которые управляют слиянием везикул, в то время как характеристика семейств рецепторов прояснила, как различные нейромедиаторы вызывают возбуждение, торможение или модуляцию.

Key figures

• Bernard Katz
• Thomas Südhof
• Edward Chapman
• Otto Loewi

Seminal works

• sudhof-2013
• chapman-2008
• beaulieu-gainetdinov-2011

Frequently asked questions

В чем разница между ионотропными и метаботропными рецепторами?

Ионотропные рецепторы — это ионные каналы, которые открываются непосредственно при связывании нейромедиатора, вызывая быстрые ответы, тогда как метаботропные рецепторы действуют через внутриклеточные сигнальные каскады, вызывая более медленные, длительные, модулирующие эффекты.

Почему кальций важен для высвобождения нейромедиатора?

Приход потенциала действия открывает потенциал-зависимые кальциевые каналы, и поступающий кальций является триггером, который заставляет нейромедиаторные везикулы сливаться с мембраной и высвобождать свое содержимое.