Giải phóng chất dẫn truyền thần kinh phụ thuộc calci và động học túi

Giải phóng chất dẫn truyền thần kinh là bước tiền synap của quá trình truyền dẫn hóa học, trong đó calci đi vào tận cùng thần kinh kích hoạt sự hợp nhất của các túi synap chứa chất dẫn truyền với màng plasma. Phản ứng này diễn ra nhanh chóng, giới hạn về mặt không gian trong vùng hoạt động, và phụ thuộc mạnh mẽ vào nồng độ calci, do đó động học túi – neo đậu, mồi, hợp nhất và tái chế – thiết lập tốc độ và độ tin cậy của tín hiệu synap.

Definition

Giải phóng chất dẫn truyền thần kinh phụ thuộc calci là quá trình xuất bào được điều hòa của các chất chứa trong túi synap tại vùng hoạt động tiền synap, được kích hoạt khi calci đi vào qua các kênh cổng điện thế liên kết với một cảm biến calci trong túi và thúc đẩy sự hợp nhất màng qua trung gian SNARE.

Scope

Chủ đề này bao gồm chu trình túi synap và bộ máy phân tử liên kết dòng calci đi vào tiền synap với quá trình xuất bào: các protein hợp nhất SNARE, cảm biến calci synaptotagmin, tổ chức của vùng hoạt động và bản chất lượng tử của sự giải phóng. Nó xem xét những điều này dưới góc độ sinh lý học và không đề cập đến liều lượng dược lý hoặc quản lý lâm sàng.

Core questions

• Calci đi vào kích hoạt sự hợp nhất túi trong vòng một mili giây như thế nào?
• Những protein nào tạo thành bộ máy hợp nhất và cảm biến calci?
• Các túi được neo đậu, mồi và tái chế tại vùng hoạt động như thế nào?
• Tại sao sự giải phóng được tổ chức thành các lượng tử rời rạc?

Key concepts

• Chu trình túi synap
• Vùng hoạt động
• Kênh calci cổng điện thế
• Phức hợp SNARE (synaptobrevin, syntaxin, SNAP-25)
• Cảm biến calci synaptotagmin
• Neo đậu và mồi túi
• Bể chứa sẵn sàng giải phóng
• Giải phóng lượng tử và điện thế nhỏ

Key theories

Giả thuyết SNARE về sự hợp nhất màng

Sự hợp nhất màng được thúc đẩy bởi sự khóa chặt của một phức hợp bốn xoắn ốc được hình thành giữa các protein túi (v-SNARE) và màng đích (t-SNARE), kéo hai màng lại gần nhau; phức hợp SNARE synap đã được giải quyết ở độ phân giải nguyên tử.

Synaptotagmin là cảm biến calci

Synaptotagmin, một protein túi liên kết calci, hoạt động như một cảm biến calci nhanh kích hoạt sự giải phóng đồng bộ, liên kết bộ máy SNARE với tín hiệu calci tiền synap.

Giải phóng lượng tử

Chất dẫn truyền được giải phóng theo các gói đơn vị tương ứng với các túi đơn lẻ, được quan sát dưới dạng các điện thế hậu synap nhỏ tự phát, do đó sự giải phóng được kích thích phản ánh số lượng lượng tử được giải phóng.

Mechanisms

Một điện thế hoạt động mở các kênh calci cổng điện thế tập trung tại vùng hoạt động, tạo ra sự gia tăng calci cục bộ, ngắn ngủi gần các túi đã neo đậu. Calci liên kết với synaptotagmin trên túi, chất này, hoạt động cùng với phức hợp SNARE đã lắp ráp (synaptobrevin trên túi kết hợp với syntaxin và SNAP-25 trên màng plasma), kích hoạt sự hợp nhất màng nhanh chóng và giải phóng chất dẫn truyền của túi. Các túi được neo đậu trước tiên và sau đó được mồi tại vùng hoạt động để trở nên có khả năng hợp nhất; sau khi hợp nhất, màng của chúng được thu hồi và làm đầy lại, tái tạo lại bể chứa có thể giải phóng. Bởi vì mỗi túi cung cấp một lượng chất dẫn truyền gần như cố định, tín hiệu hậu synap tỷ lệ thuận với số lượng túi hợp nhất.

Clinical relevance

Bộ máy giải phóng là mục tiêu của một số độc tố mạnh và các rối loạn về dẫn truyền thần kinh cơ và synap, bởi vì việc cắt đứt các protein SNARE hoặc chặn các kênh calci tiền synap sẽ làm gián đoạn quá trình giải phóng. Mục này mô tả sinh lý học cơ bản mà các tác nhân và tình trạng đó tác động lên và không phải là hướng dẫn chẩn đoán hoặc điều trị.

History

Đặc tính lượng tử của sự giải phóng đã được Katz và các đồng nghiệp thiết lập tại khớp thần kinh cơ vào những năm 1950. Từ cuối những năm 1980 trở đi, các thành phần phân tử đã được xác định – các protein SNARE, phức hợp synap của chúng đã được kết tinh vào năm 1998, và synaptotagmin, được đề xuất là cảm biến calci vào năm 1992 – xây dựng nên mô tả phân tử hiện đại về quá trình xuất bào được kích hoạt bởi calci.

Key figures

• Bernard Katz
• Thomas Südhof
• Reinhard Jahn

Seminal works

• fatt-katz-1952
• brose-1992
• sutton-1998
• sudhof-2013

Frequently asked questions

Tại sao sự giải phóng chất dẫn truyền thần kinh lại nhạy cảm với calci đến vậy?

Để kích hoạt cần một vài ion calci liên kết với cảm biến synaptotagmin trong túi, do đó tốc độ giải phóng tăng mạnh theo nồng độ calci cục bộ sau khi kênh mở.

Lượng tử chất dẫn truyền thần kinh là gì?

Đó là lượng chất dẫn truyền chứa trong một túi synap đơn lẻ; sự hợp nhất tự phát của một túi tạo ra một điện thế hậu synap nhỏ, và các đáp ứng được kích thích được xây dựng từ các số nguyên của các lượng tử như vậy.