СИНАПТИЧЕСКАЯ ПЛАСТИЧНОСТЬ

1. СИНАПТИЧЕСКАЯ ПЛАСТИЧНОСТЬ Цикл лекций Лекция 4 Постсинаптические механизмы кратковременной синаптической пластичности Кафедра нейродинамики и нейробиологии ННГУ Мухина И.В. Нижний Новгород, 2008

2. Постсинаптические механизмы кратковременной синаптической пластичности Различают два класса постсинаптических рецепторов: Ионотропные Метаботропные Быстрые, коэффициент усиления низкий Медленные, коэффициент усиления высокий

3. Возбуждающий постсинаптический ток = ВПСТ Na+/K+ , Ca2+каналы Cl- каналы Тормозный постсинаптический ток =ТПСТ K+каналы Cl- каналы

4. Никотиновый ионотропный рецептор • Через открытые ионные каналы могут проходить ионы калия и натрия в соотношении 1:1. • Натриевые и калиевые токи направлены противоположно. • Соотношение зависит от уровня мембранного потенциала. При Еm=0 токи оказываются равными 0. Это значение называют потенциалом равновесия или реверсии синаптического тока (Еr).

5. Схема холинергической синаптической передачи

6. Измерение потенциала реверсии токов концевой пластинки в нервно-мышечном синапсе методом фиксации напряжения Еr Амплитуда постсинаптического ответа зависит от уровня потенциала клетки в данный момент. Постсинаптические токи по амплитуде увеличиваются при гиперполяризации мембраны и уменьшаются при деполяризации.

7. ГАМК-рецепторы

8. МетаботропныеГАМК-рецпторы

9. ИонотропныеГАМК-рецепторыGABAa

10. Градиенты для хлора в процессе развития организма

11. Схема ГАМКергическойсинаптической передачи

12. . Глутаматные рецепторы (N-метил-D-аспартат); AMPA (2-альфа-амино-3-гидрокси-5-метил-4-изоксазольпропионовая кислота) ; KA (каиновая кислота).

13. 1. Ионотпропные АМРА рецепторы • AMPA-рецепторы обладают меньшим сродством к глутамату, чем NMDA-рецепторы, но они обладают быстрой кинетикой и формируют быстрый компонент возбуждающего постсинаптического потенциала. • присутствие в AMPA-рецепторе субъединицы GluR2 (GluRB) меняет его свойства: в открытом состоянии он становится непроницаем для ионов кальция. Функции ионотропных рецепторов не ограничиваются только открытием канала. Эти функции связаны со способностью внутриклеточной карбоксильной терминали взаимодействовать с широким кругом внутриклеточных белков, которые волечены в структурно-функциональную организацию постсинаптического аппарата и внутриклеточную передачу сигналов. Например, AMPA-рецепторы активируют тирозин-киназу, которая запускает каскад митоген-активированной протеинкиназы. Вольтамперная характеристика

14. 2. Ионотпропныекаинатные рецепторы Имеются данные о нейротоксических свойствах глутамата , связанных с активацией каинатных рецепторов, приводящей к изменению проницаемости постсинаптической мембраны для одновалентных ионов К+ и Na+, усилению входящего тока ионов Na+ и кратковременной деполяризации постсинаптической мембраны , что в свою очередь вызывает усиление притока ионов Са2+ в клетку через агонист-зависимые (NMDA-рецепторов) и потенциал-зависимые каналы ( Buchan A M., Li H. 1991 , Buchan A.M., Xue D. 1991 , Diemer N.H., Jorgensen M.B. 1992 , Li H., Buchan A.M. 1993 , Schousboe A., Frandsen A. 1994 , Sheardown M.J., Suzdak P.D. 1993 ). Поток ионов Na+ сопровождается входом в клетки воды и ионов Сl-, что приводит к набуханию апикальных дендритов и лизису нейронов ( теория "осмолитического повреждения нейронов" ). Вольтамперная характеристика

15. 3. ИонотропныепотенциалзависимыеNMDA рецепторы • NMDA-рецепторы состоят из четырех субъединиц, по 40-92 кД каждая, (двух NR1 и двух из четырех NR2A, NR2В, NR2С, N2D). Эти субъединицы являются гликопротеидлипидными комплексами. • NMDA-рецептор представляет из себя целый рецепторно-ионофорный комплекс, включающий в себя: • 1) сайт специфического связывания медиатора(L-глутаминовой кислоты); • 2) регуляторный, или коактивирующий сайт специфического связывания глицина; • 3) аллостерические модуляторные сайты, расположенные на мембране (полиаминовый) и в ионном канале (сайты связывания фенциклидина, двухвалентных катионов и потенциалзависимый Mg2+-связывающий участок).

16. ИонотропныепотенциалзависимыеNMDA рецепторы (продолжение) • NMDA-рецепторы обладают рядом особенностей: • одновременно хемо- и потенциал-чувствительностью, • медленной динамикой запуска и длительностью эффекта, • способностью к временной суммации и усилению вызванного потенциала. • Наибольшие ионные токи при активации агонистами возникают при деполяризации мембраны в узком диапазоне -30- -20 мВ (в этом проявляется потенциалзависимость NMDA-рецепторов). Ионы Mg2+ селективно блокируют активность рецепторов при высокой гиперполяризации или деполяризации. • Глицин в концентрации 0,1 мкМ усиливает ответы NMDA-рецептора, увеличивая частоту открывания канала. При полном отсутствии глицина рецептор не активируется L-глутаматом . • В некоторых областях мозга для работы NMDA-рецептора требуется присутствие D-серина в качестве коагониста (например, в переднем мозге). Вольтамперная характеристика

17. Метаботропные рецепторы (mGluR)  • mGluR рецепторы обладают молекулярной морфологией, сходной с другими метаботропными G-протеин связанными рецепторами. • То есть они содержат 7 транс-мембранных доменов, внеклеточную N-терминаль и внутриклеточную COOH-терминаль. • По своему аминокислотному составу они значительно отличаются от других метаботропных рецепторов, за исключением ГАМКб-рецептора: здесь имеется некоторая гомологичность. • Рецепторы группы I активируют фосфолипазу С, продуцирующую вторичные посредники диацилглицерол и инозитол трифосфат. • Рецепторы группы II и III угнетают активность аденилатциклазы. • Различные mGluR обладают существнено различающейся чувствительностью к глутамату, причем mGluR7 нечувствительна к глутамату. Считается, что чувствительность к глутамату зависит от расположения рецепторов по отношению к синаптической щели. Методами иммуноцитохимии и электронной микроскопии была выявлена селективная экспрессия mGluR, причем mGluR7, mGluR8 были связаны с пресинаптической ммбраной, а mGluR2, mGluR3 располагались на пресинаптическом аксоне, на удалении от синаптической щели. NAAG является селективным агонистом для mGluR3, L-серин-O-фосфат - селективный агононист группы III метаботропных рецепторов (mGluR4, mGluR6, mGluR7, mGluR8), L-цистеин сульфиновая к-та (L-cysteine sulfinic acid) является агонистом для метаботропных рецепторов глутамата, связанных с фосфолипазой D.

18. Переносчики глутамата • В ЦНС млекопитающих обнаружено 5 переносчиков глутамата. • Два из них экспрессируются преимущественно глиальными клетками (глиальный переносчик глутаматат и аспартата - GLAST и глиальный переносчик глутамата - GLT), а три других - в нейронах (переносчики возбуждающих аминокислот - EAAС1, EAAT4, EAAT5). Применительно к ЦНС человека их называют EAAT1-5, соответственно. Э • Переносчики - натрий-зависимы, градиент концентраций натрия и калия является движущей силой этого транспотра. • Предполагается, что одна молекула переностичика (GLT, например) перемещается совместно с тремя молекулами натрия и одним протоном, в противоположном направлении перемещается одна молекула калия. • Интересен тот факт, что нейрональные переносчики, по-видимому, связаны с хлор-ионными каналами, которые открываются при присоединении глутамата и создают тенденцию к гиперполяризации постсинаптической мембраны и угнететнию синаптической активности. Этот феномен имеет функциональное значение в клетках Пуркинье, которые экспрессируют EAAT4 на своей поверхности. • Глиальные транспортеры имеют неодинаковое региональное распределение в ЦНС. GLT обнаруживается , в основном, в гиппокампе, а GLAST в мозжечке крыс. Также существуют различия в степени приближенность астроцитарных процессов к глутаматергическому синапсу, этим объясняется возможность перекрестного взаимодействия синапсов в определенных областях гиппокампа. Крысиный нейрональный транспортер EAAC ( аналог EAAT3 у человека) в больших количествах экспрессируется на постсинаптической мембране (с плотностью в 15 раз большей, чем AMPA-рецепторы). Связывание глутамата с этим переносчиком приводит к затуханию возбуждающего постсинаптического потенциала. Переносчики глутамата на плазматической мембране связывают также и D-аспартат L-аспартат. Пузырьковый переносчик глутамата обладает другими свойствами: источником энергии для его работы является протонный градиент; он селективен к L-глутамату.

19. Схема глутаматергической передачи

20. Схема взаимодействия ионотропных и метаботропных рецепторов в функции нейрона Глутамат высвобождается из пресинаптического окончания и взаимодействует с ионотропными (иГлуР) и метаботропными (мГлуР) рецепторами (I, II и III) в зависимости от того, с какими вторичными мессенджерами они связаны - инозитолтрифосфатом, (IP3), циклическим АМФ, (сАМР), ионами кальция и ферментом аденилатциклазой (АС). Эти мессенджеры активируют различные внутриклеточные киназы (в том числе протеинкиназу С, РKС), регулирующие проницаемость ионных каналов постсинаптической мембраны. Избыточная продукция вторичных мессенджеров приводит к нейротоксичности. Метаботропные рецепторы группы I увеличивают высвобождение глутамата, а групп II и III - уменьшают его.

21. Постсинаптические механизмы кратковременной синаптической пластичности 1. Повышение (потенциация) чувствительности постсинаптических рецепторов к медиатору

22. Постсинаптические механизмы кратковременной синаптической пластичности 2. Снижение (десенситизация) чувствительности постсинаптических рецепторов к медиатору Во время непрерывного длительного воздействия высоких концентраций медиатора чувствительность постсинаптических рецепторов снижается; Десенситизация соответствует инактивации Na-каналов; Для описания десенситизации в уравнение, описывающее изменение проводимости при взаимодействии медиатора с рецептором: R + nA ↔ RAn ↔ *(RAn), где n – число молекул медиатора, связывающихся с одним рецептором, при n>1, связывание медиатора с рецептором происходит кооперативно, т.е. кривая синаптического тока идет круто вверх (предупреждает возможность взаимодействия низких концентраций в отсутствии квантового выброса); RAn ↔ *(RAn) – отражает сдвиг проводимости , т.е. открывание постсинаптического ионного канала. следует включить неактивное состояние рецептора, аналогичное инактивационному состоянию потенциалзависимого канала: R + nA ↔ RAn ↔ *(RAn)1 ↔ *(Rаn)2 Открытое состояние Инактивированное состояние Закрытое состояние