ตัวรับหลังไซแนปส์และการรวมสัญญาณไซแนปส์

ตัวรับหลังไซแนปส์คือโปรตีนบนเซลล์เป้าหมายที่ตรวจจับสารสื่อประสาทที่หลั่งออกมาและเปลี่ยนการจับของสารสื่อประสาทนั้นให้เป็นการตอบสนองทางสรีรวิทยา โดยทั่วไปแบ่งออกเป็นสองประเภทหลัก: ตัวรับไอออนโนโทรปิก ซึ่งเป็นช่องไอออนที่มีประตูควบคุมด้วยลิแกนด์ที่ทำงานภายในไม่กี่มิลลิวินาที และตัวรับเมตาโบโทรปิก ซึ่งเชื่อมโยงกับโปรตีน G และทำงานช้าลงผ่านสารสื่อกลางรอง คุณสมบัติของตัวรับเหล่านี้เป็นตัวกำหนดสัญญาณ ขนาด และช่วงเวลาของการส่งสัญญาณหลังไซแนปส์

Definition

ตัวรับสารสื่อประสาทหลังไซแนปส์คือโปรตีนเยื่อหุ้มเซลล์ที่จับกับสารสื่อประสาทจำเพาะและส่งผ่านการจับนั้นโดยตรงโดยการเปิดช่องไอออน (ไอออนโนโทรปิก) หรือโดยการกระตุ้นการส่งสัญญาณภายในเซลล์ผ่านโปรตีน G (เมตาโบโทรปิก) ซึ่งจะเปลี่ยนความสามารถในการกระตุ้นหรือชีวเคมีของเซลล์เป้าหมาย

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมตระกูลตัวรับสารสื่อประสาทหลัก ความแตกต่างระหว่างการส่งสัญญาณแบบไอออนโนโทรปิกและเมตาโบโทรปิก วิธีที่ชนิดของตัวรับกำหนดผลกระตุ้นหรือยับยั้ง และวิธีที่ศักย์ไฟฟ้าที่เกิดขึ้นถูกรวมเข้าด้วยกันโดยเซลล์ประสาทหลังไซแนปส์ เนื้อหานี้จัดทำขึ้นเพื่อเป็นพื้นฐานทางสรีรวิทยาและเภสัชวิทยา ไม่ใช่คำแนะนำในการรักษา

Core questions

• อะไรคือความแตกต่างระหว่างตัวรับไอออนโนโทรปิกและเมตาโบโทรปิก?
• ชนิดของตัวรับกำหนดได้อย่างไรว่าไซแนปส์นั้นเป็นแบบกระตุ้นหรือยับยั้ง?
• จลนพลศาสตร์ของตัวรับมีผลต่อศักย์ไฟฟ้าหลังไซแนปส์อย่างไร?
• สัญญาณนำเข้าจากไซแนปส์หลายจุดถูกรวมเข้าด้วยกันที่เซลล์ประสาทหลังไซแนปส์ได้อย่างไร?

Key concepts

• ตัวรับไอออนโนโทรปิก (ควบคุมด้วยลิแกนด์)
• ตัวรับเมตาโบโทรปิก (เชื่อมโยงกับโปรตีน G)
• ตัวรับกลูตาเมต (AMPA, NMDA, kainate)
• ตัวรับ GABA และไกลซีน
• ตัวรับอะเซทิลโคลีน, โดปามีน และเซโรโทนิน
• สารสื่อกลางรองและการส่งสัญญาณ
• การลดความไวของตัวรับ
• การรวมสัญญาณไซแนปส์และการรวมผล

Key theories

การส่งสัญญาณแบบไอออนโนโทรปิกเทียบกับเมตาโบโทรปิก

การส่งสัญญาณที่รวดเร็วใช้ช่องไอออนที่มีประตูควบคุมด้วยลิแกนด์ที่เปิดภายในไม่กี่มิลลิวินาที ในขณะที่การส่งสัญญาณแบบปรับเปลี่ยนที่ช้ากว่าใช้ตัวรับที่เชื่อมโยงกับโปรตีน G ซึ่งทำงานผ่านสารสื่อกลางรอง; สารสื่อประสาทชนิดเดียวกันอาจทำงานผ่านทั้งสองประเภทได้

Mechanisms

เมื่อสารสื่อประสาทจับกับตัวรับไอออนโนโทรปิก ช่องภายในของตัวรับจะเปิดออก ทำให้ไอออนไหลผ่านซึ่งทำให้เยื่อหุ้มเซลล์มีศักย์ไฟฟ้าลดลงหรือเพิ่มขึ้นภายในไม่กี่มิลลิวินาที; ช่อง AMPA และ NMDA ที่ควบคุมด้วยกลูตาเมตเป็นตัวกลางในการกระตุ้นอย่างรวดเร็ว ในขณะที่ช่องคลอไรด์ที่ควบคุมด้วย GABA และไกลซีนเป็นตัวกลางในการยับยั้งอย่างรวดเร็ว ตัวรับเมตาโบโทรปิกจะกระตุ้นโปรตีน G ซึ่งปรับเอนไซม์และช่องไอออนผ่านสารสื่อกลางรอง ทำให้เกิดผลที่ช้าลงและยาวนานขึ้น ดังที่เห็นในตัวรับโดปามีนและมัสคารินิกอะเซทิลโคลีนหลายชนิด เซลล์ประสาทหลังไซแนปส์จะรวมศักย์ไฟฟ้ากระตุ้นและยับยั้งที่เกิดขึ้นทั่วเดนไดรต์และตัวเซลล์ในเชิงพื้นที่และเวลา และศักย์ไฟฟ้าสุทธิของเยื่อหุ้มเซลล์ที่บริเวณกระตุ้นจะเป็นตัวกำหนดว่าจะเกิดศักย์ไฟฟ้าแอคชันหรือไม่

Clinical relevance

ตัวรับสารสื่อประสาทเป็นเป้าหมายยาที่พบบ่อยที่สุดในการแพทย์และเป็นตำแหน่งการออกฤทธิ์ของสารออกฤทธิ์ต่อระบบประสาทและจิตประสาทหลายชนิด เนื่องจากสารกระตุ้นและสารยับยั้งสามารถเลียนแบบหรือยับยั้งผลของสารสื่อประสาทได้ บทความนี้อธิบายสรีรวิทยาของตัวรับที่สารเหล่านี้เกี่ยวข้อง และมีวัตถุประสงค์เพื่อเป็นข้อมูลอ้างอิงพื้นฐานมากกว่าคำแนะนำในการสั่งยาหรือการวินิจฉัย

History

การจำแนกประเภททางเภสัชวิทยาของตัวรับโดยใช้สารกระตุ้นและสารยับยั้งที่จำเพาะ ซึ่งบุกเบิกในศตวรรษที่ยี่สิบ ได้นำไปสู่การโคลนระดับโมเลกุลที่เผยให้เห็นองค์ประกอบของหน่วยย่อยและโครงสร้างของตระกูลตัวรับ งานวิจัยทางสรีรวิทยาเชิงเปรียบเทียบได้สร้างความแตกต่างระหว่างไอออนโนโทรปิกและเมตาโบโทรปิก และการทบทวนโครงสร้างและหน้าที่โดยละเอียดของตัวรับกลูตาเมตและโดปามีนได้รวมแผนที่ตัวรับสมัยใหม่เข้าด้วยกัน

Key figures

• Roger Nicoll
• Robert Malenka
• Stephen Traynelis

Seminal works

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

Frequently asked questions

อะไรคือความแตกต่างระหว่างตัวรับไอออนโนโทรปิกและเมตาโบโทรปิก?

ตัวรับไอออนโนโทรปิกเป็นช่องไอออนในตัวเองที่เปิดออกเมื่อสารสื่อประสาทจับ ทำให้เกิดการตอบสนองที่รวดเร็ว ในขณะที่ตัวรับเมตาโบโทรปิกส่งสัญญาณทางอ้อมผ่านโปรตีน G และสารสื่อกลางรอง ทำให้เกิดผลที่ช้าลงและมีการปรับเปลี่ยนมากขึ้น

สารสื่อประสาทชนิดเดียวกันสามารถเป็นตัวกระตุ้นที่ไซแนปส์หนึ่งและเป็นตัวยับยั้งที่อีกไซแนปส์หนึ่งได้อย่างไร?

ผลขึ้นอยู่กับตัวรับและไอออนที่ตัวรับยอมให้ผ่าน ไม่ใช่แค่สารสื่อประสาทเพียงอย่างเดียว ตัวอย่างเช่น กลูตาเมตที่ออกฤทธิ์ต่อตัวรับที่ยอมให้แคตไอออนผ่านจะกระตุ้น ในขณะที่ GABA ที่ออกฤทธิ์ต่อตัวรับที่ยอมให้คลอไรด์ผ่านมักจะยับยั้ง