Cấu trúc và Siêu cấu trúc Synapse

Synapse là một điểm nối chuyên biệt nơi một neuron giao tiếp với một tế bào đích. Synapse hóa học, loại chủ yếu trong não động vật có vú, được định nghĩa về mặt siêu cấu trúc bởi một đầu tận cùng tiền synapse chứa đầy các túi chứa chất dẫn truyền thần kinh, một khe synapse hẹp và một màng hậu synapse dày lên bởi mật độ hậu synapse. Những đặc điểm này, chỉ có thể nhìn thấy bằng kính hiển vi điện tử, là cơ sở cấu trúc của quá trình dẫn truyền thần kinh.

Definition

Synapse là một điểm nối liên bào chuyên biệt tại đó một neuron tiền synapse truyền tín hiệu đến một tế bào hậu synapse; tại một synapse hóa học, siêu cấu trúc bao gồm một đầu tận cùng tiền synapse chứa đầy túi, một khe synapse và một mật độ hậu synapse.

Scope

Chủ đề này bao gồm cấu trúc tinh vi của synapse được quan sát bằng kính hiển vi điện tử: vùng hoạt động tiền synapse và các túi synapse, khe synapse, mật độ hậu synapse, và sự phân biệt hình thái của synapse hưng phấn và ức chế (bất đối xứng so với đối xứng). Nó cũng ghi nhận mối quan hệ giữa sự gắn kết túi và sự giải phóng chất dẫn truyền thần kinh. Đây là một mục tham khảo-giáo dục, không phải hướng dẫn lâm sàng.

Core questions

• Những đặc điểm siêu cấu trúc nào định nghĩa một synapse hóa học trên kính hiển vi điện tử?
• Mật độ hậu synapse là gì và nó chứa gì?
• Làm thế nào để phân biệt synapse hưng phấn và ức chế về mặt hình thái?
• Siêu cấu trúc tiền synapse liên quan như thế nào đến sự giải phóng chất dẫn truyền thần kinh?

Key concepts

• Synapse hóa học
• Đầu tận cùng tiền synapse và vùng hoạt động
• Túi synapse
• Khe synapse
• Mật độ hậu synapse
• Synapse bất đối xứng (hưng phấn, Gray loại I) và đối xứng (ức chế, Gray loại II)
• Synapse điện (mối nối khe)

Mechanisms

Tại một synapse hóa học, đầu tận cùng tiền synapse chứa các cụm túi synapse được gắn kết tại vùng hoạt động; sự khử cực kích hoạt sự hợp nhất phụ thuộc canxi của các túi với màng tiền synapse và giải phóng chất dẫn truyền thần kinh vào khe synapse, nơi nó khuếch tán đến các thụ thể trên màng hậu synapse (Südhof, 2013). Màng hậu synapse được đánh dấu bằng một mật độ hậu synapse đậm đặc điện tử chứa các thụ thể và protein giàn giáo. Như Harris và Weinberg (2012) mô tả, các synapse hưng phấn có xu hướng bất đối xứng với mật độ hậu synapse nổi bật (Gray loại I) và các synapse ức chế có xu hướng đối xứng (Gray loại II). Các synapse điện ít phổ biến hơn truyền dòng điện trực tiếp qua các mối nối khe.

Clinical relevance

Cấu trúc synapse là cơ sở để nghiên cứu sự mất mát và rối loạn chức năng synapse trong các bệnh thoái hóa thần kinh và tâm thần, cũng như cách nhiều loại thuốc và độc tố tác động tại khe synapse. Mục này mô tả siêu cấu trúc bình thường để tham khảo giáo dục và không cung cấp các khuyến nghị chẩn đoán hoặc điều trị.

History

Sherrington đã giới thiệu thuật ngữ synapse vào khoảng năm 1897 để đặt tên cho điểm nối chức năng giữa các neuron được suy ra từ sinh lý học. Thực tế vật lý của nó đã được xác nhận vào những năm 1950 khi kính hiển vi điện tử phân giải được khe, các túi và các chuyên biệt hóa màng, và sự phân loại của George Gray về synapse bất đối xứng và đối xứng đã liên kết siêu cấu trúc với chức năng. Công trình phân tử tiếp theo, bao gồm phân tích của Südhof về sự hợp nhất túi, đã kết nối cấu trúc này với cơ chế giải phóng chất dẫn truyền.

Key figures

• Charles Sherrington
• Bernard Katz
• George Gray
• Thomas Südhof

Seminal works

• harris-2012
• sudhof-2013

Frequently asked questions

Tại sao synapse chỉ có thể được nhìn thấy rõ ràng bằng kính hiển vi điện tử?

Khe synapse và các chuyên biệt hóa màng có kích thước khoảng vài chục nanomet, thấp hơn nhiều so với độ phân giải của kính hiển vi quang học, do đó các túi, khe và mật độ hậu synapse chỉ được phân giải bằng kính hiển vi điện tử.

Làm thế nào để phân biệt synapse hưng phấn và ức chế về mặt cấu trúc?

Các synapse hưng phấn thường bất đối xứng (Gray loại I) với mật độ hậu synapse dày, trong khi các synapse ức chế thường đối xứng (Gray loại II) với mật độ tiền và hậu synapse có độ dày tương tự.