Для пациента и его родственников
Из чего состоят нейрон и синапс? Что представляют из себя везикуры окончаний аксонов?
Нейроны — это клетки мозга, которые отвечают за быструю передачу информации. Хотя нейроны похожи на другие клетки организма, они специализируются таким образом, что отличаются от других клеток и наделяют свойствами, которые позволяют им выполнять свою уникальную роль в нервной системе. Форма нейрона - одна из таких уникальных особенностей. Помимо тела клетки, или сомы, которая очень похожа на тело других клеток, у нейронов есть специализированные тонкие ветви, известные как дендриты и аксоны. Нейроны получают химическую информацию от других нейронов через дендриты и передают информацию другим клеткам через аксоны. Нейроны также являются «возбудимыми» клетками. Поверхностная мембрана нейрона содержит множество белков, известных как ионные каналы, которые позволяют небольшим заряженным атомам проходить с одной стороны мембраны на другую. Некоторые из этих каналов открываются, когда изменяется напряжение на клеточной мембране. Один из подтипов этих «потенциал-зависимых» каналов позволяет нейрону вырабатывать быстрый сигнал, известный как «потенциал действия», который является самой быстрой формой проведения внутриклеточного электрического сигнала в биологии. У млекопитающих особую роль играет химическая коммуникации, нейронов, включающая высвобождение нейромедиатора из одного нейрона, что изменяет активность принимающего нейрона. Эта химическая связь обычно происходит в специализированной структуре, называемой синапсом, где части двух клеток располагаются на расстоянии 20–50 нанометров друг от друга. Нейрон, выделяющий это химическое вещество, называется пресинаптическим нейроном. Специализированная структура на кончике аксона пресинаптического нейрона, называемая окончанием аксона, содержит небольшие пакеты, известные как везикулы, которые заполнены молекулами нейромедиаторов. Когда потенциал действия достигает окончания аксона и стимулирует повышение концентрации кальция, этот ион стимулирует везикулу слиться с клеточной мембраной и высвободить нейротрансмиттер в небольшую синаптическую щель между клетками. Нейрон, на который воздействует химическое вещество, называется постсинаптическим нейроном. Молекулы нейромедиаторов, высвобождаемые из пресинаптических везикул, пересекают синаптическую щель и связываются с белками, называемыми рецепторами нейромедиаторов, на поверхностной мембране постсинаптического нейрона. Нейромедиаторы быстро удаляются из синапса после их высвобождения. Это сводит к минимуму время их взаимодействия с рецепторами, в результате чего вырабатываются короткие дискретные синаптические сигналы. В большинстве синапсов головного мозга это удаление опосредуют специфические белки, известные как транспортеры нейромедиаторов. Белки-транспортеры располагаются на поверхности клеточной мембраны и активно перемещают молекулу нейромедиатора снаружи внутрь клетки. Во многих случаях это поглощение происходит в самой пресинаптической терминали, где нейромедиатор непосредственно перезагружается в везикулы. Однако в некоторых случаях ненейрональные поддерживающие клетки (т.е. глиальные клетки) также участвуют в захвате нейротрансмиттеров. Удаление синаптических нейротрансмиттеров также может происходить с помощью ферментов, которые расщепляют нейромедиатор до составляющих молекул, которые сами по себе не активируют рецепторы.
Для врача
Как классифициируются рецепторы нейротрансмиттеров? Что из себя представляют ионные поры внутренней поверхности мембраны постсинаптического нейрона?
Отдельные нейроны обычно полностью отделены друг от друга внешними клеточными мембранами и, следовательно, не могут напрямую обмениваться электрическими или химическими сигналами. Исключением из этой ситуации является так называемый электрический синапс, в котором ионопроводящие поры, состоящие из белков, называемых коннексинами, соединяют внутриклеточные компартменты соседних нейронов, обеспечивая прямой поток ионов от клетки к клетке (Kandel E., et.al., 2000). Рецепторы нейромедиаторов делятся на два основных класса: рецепторы лиганд-управляемых ионных каналов (LGIC) и рецепторы, связанные с G-белком (GPCR). Рецепторы LGIC представляют собой белки, специализирующиеся на быстрой трансдукции химического сигнала нейромедиатора непосредственно в электрический ответ (Brunton L, et.al., 2005). Одна часть белка специализирована для связывания молекулы нейромедиатора. Этот «сайт связывания» находится на внеклеточной стороне белка. Часть белка, которая скрыта внутри клеточной поверхности мембраны, образует ионную пору, которая по сути представляет собой заполненное жидкостью отверстие в мембране, через которое могут проходить заряженные ионы (ионы не могут проходить через липиды или другие твердые компоненты мембраны). Время между связыванием нейромедиатора и открытием ионной поры составляет от микросекунд до миллисекунд. Таким образом, в синапсах, использующих лиганд-управляемые каналы, время между деполяризацией потенциала действия окончания аксона и началом тока, протекающего через постсинаптический LGIC, составляет от 1 до 2 миллисекунд. Этот тип синаптической передачи оказывает быстрое и сильное влияние на функцию постсинаптических нейронов. Синаптические реакции, опосредованные LGIC, обозначаются как возбуждающие или тормозящие, в зависимости от того, заключается ли их конечный эффект в повышении или понижении вероятности того, что постсинаптический нейрон активирует потенциал действия.
Для исследователя
Что такое нейтротрофины и какие из них наиболее известны?
В дополнение к нейротрансмиттерам, которые изменяют физиологию нейронов, внутриклеточную передачу сигналов и экспрессию генов в относительно быстром масштабе времени, нейроны могут секретировать определенные небольшие цепочки аминокислот (т.е. пептиды), которые действуют как так называемые факторы роста или нейротрофины. Наиболее широко известными нейротрофинами являются фактор роста нервов (NGF) и нейротрофический фактор головного мозга (BDNF) и родственные члены этого семейства димерных нейротрофинов «цистеинового узла», которое также включает нейротрофин (NT)-3 и NT-4 (Barde Y., 1994). Другие нейротрофины, такие как нейротрофический фактор глиального происхождения (GDNF), который действует через сигнальный путь трансформирующего фактора роста (TGF)β, представляют собой пептиды другого структурного класса. Нейротрофины представляют собой пептиды, поэтому их первичная аминокислотная последовательность генетически закодирована и подвержена изменениям при синтезе генетической информации (т. е. транскрипции), которые могут производить различные варианты зрелого пептида. Эти пептиды также образуются из более крупных пропептидов, и, таким образом, изменения в последовательности могут возникать на уровне посттрансляционного процессинга пептидов. Все эти факторы в совокупности обеспечивает богатое разнообразие нейротрофинов в мозге. Считается, что нейротрофины секретируются различными нейрональными структурами, включая окончания аксонов и дендриты. Таким образом, они участвуют как в «антероградной» передаче сигналов от окончания аксона пресинаптического нейрона к постсинаптическим элементам нижестоящего нейрона, так и в «ретроградной» передаче сигналов, при которой высвобождение из дендритных элементов постсинаптического нейрона активирует рецепторы на пресинаптическом нейроне. аксонные терминали. Рецепторы нейротрофинов связаны с широким спектром внутриклеточных сигнальных каскадов. Основными рецепторами нейротрофинов семейства цистеиновых узлов являются рецепторы Trk (Chao MV, Hempstead B., 2005).
Литература
Barde YA. Neurotrophins: A family of proteins supporting the survival of neurons. Progress in Clinical and Biological Research. 1994;390:45–56.
Brunton L, Lazo J, Parker K. Goodman & Gilman’s The Pharmacological Basis of Therapeutics. New York: McGraw-Hill; 2005.
Chao MV, Hempstead BL. p75 and Trk: A two-receptor system. Trends in Neuroscience. 1995;18:321–326.
Kandel ER, Schwartz JH, Jessell TM. Principles of Neural Science. New York: McGraw-Hill; 2000.
Автор: доктор медицинских наук, профессор Минутко В.Л.
Добавить комментарий