124355 (689982), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Эта схема согласуется с электрофизиологическими данными о квантовом характере секреции нейромедиатора и о численности квантов разных размеров в одном и том же пресинаптическом окончании, а также с радиохимическими сведениями о предпочтительном освобождении вновь синтезированного медиатора. Таким образом, пресинаптическос окончание можно рассматривать как систему, в определенной мере автономную по отношению к телу нейрона.
Синаптические пузырьки диаметром 50–60 нм, так называемые малые прозрачные синаптические пузырьки, аналогичные холинергическим синаптическим пузырькам из электрического организма ската, выделены из разных отделов нервной системы представителей практически всех таксономических групп животных. Эти пузырьки отличаются низкой электронной плотностью содержимого. Они заполнены низкомолекулярными нейромедиаторами в отличие от больших электронно-плотных пузырьков, заполненных медиаторами пептидной природы.
Ключевую проблему в изучении экзоцитоза нейромедиаторов представляет вопрос о механизмах сближения синаптического пузырька с активной зоной пресинаптической мембраны и взаимодействия мембраны пузырька с активной зоной. Имеются данные о том, что эти процессы зависят. от Са+ – универсального внутриклеточного посредника, участие которого в секреторных процессах может быть обусловлено активацией актомиозино-вых филаментов цитоскелета, мембранной фосфолипазы А2, аде-нилатциклазы, Са+/кальмодулин-зависимых протеинкиназ и ряда других Са+-связывающих белков.
Известно, что связывание Са+ с кальмодулином индуцирует фосфорилирование ряда белков синаптосом. Ингибиторы кальмодулина и кальмодулинкиназы блокируют освобождение нейромедиаторов, вызываемое деполяризацией синаптосом. При воздействии различных факторов, влияющих на количество освобождаемого медиатора и на фосфорилирование белков, выявлена корреляция между изменениями секреции нейромедиаторов и фосфорилированием белков синаптосом.
Независимо от того, из какого отдела нервной системы они получены и какой нейромедиатор содержат, малые синаптические пузырьки характеризуются специфическим набором интегральных мембранных белков, к которым относятся синапсины – фосфопротеины, фосфорилируемые цАМФ- и Са+-зависимыми протеинкиназами, синаптофизин – гликопротеин, пронизывающий мембрану; синаптобревин – негликозилированный белок, находящийся на цитоплазматической поверхности пузырьков; белок SNAP‑25; синтаксин, синаптогамин, синаптопорин и др.
Особая роль в сближении синаптического пузырька с активной зоной отводится синапсину. Этот белок, который состоит из двух полипептидов с молекулярной массой 86 и 80 кД, ассоциирован с цитоплазматической поверхностью мембраны синаптического пузырька. При микроинъекции фосфорилированной формы синапсинов в пресинаптическое окончание гигантского аксона кальмара наблюдается повышение амплитуды и скорости нарастания постсинаптического потенциала, что свидетельствует об увеличении секреции медиатора; дефосфорилированные формы синапсиноз не вызывали такого эффекта.
Аналогичное увеличение секреции медиатора происходит при микроинъекции Са+/кальмодулина. Показана способность очищенных синапсинов взаимодействовать в зависимости от состояния фосфорилирования с белками мембраны синаптического пузырька и с F‑актином цитоскелета пресинаптического окончания. Предложена следующая схема участия синапсинов в экзоцитозе. В отсутствии деполяризации пресинаптического окончания, когда концентрация Са+ в цитоплазме низка, дефосфорилированный синапсин, связанный с цитоплазматической поверхностью пузырька, взаимодействует с цитоскелетом, обеспечивая резервирование и иммобилизацию пузырька. При деполяризации пресинаптической мембраны происходит вход Са+ в пресинаптическое окончание - активация Са+/кальмодулинкиназы -> фосфорилирование синапсина I -» ослабление связи между синапсином и пузырьком, а также синапсином и F‑актином. В результате синаптический пузырек перемещается вдоль микротрубочек на стратегическую позицию v активной зоны.
Далее наступает цепь реакций, обеспечивающих контакт пузырька с пресинаптической мембраной и его плавление. Здесь опять-таки процесс инициируется Са+, который связывается с другим белком пузырька синаптогамином Именно Са+-синаптогамин взаимодействует с фосфолипидами и с комплексом других белков, регулирующих плавление везикулы, – синаптобревином, синтаксыном и синаптофизином. В заключение происходит активация белка синаптопорина, формирующего пору, какал, через который изливается содержимое везикулы.
В поисках молекулярных механизмов слияния мембраны синаптического пузырька с пресинаптической мембраной выявлено, что ботулинический и столбнячный токсины, блокирующий экзоцитоз нейромедиаторов из синаптических пузырьков, повреждают именно указанную выше триаду белков пузырька – синаптобревин, синтаксин и SNAP‑25.
Ряд других деталей конечного этапа экзоцитоза пока не выяснен. Существует предположение, что выброс нейромедиаторов происходит при активном сокращении стенок пузырька с участием актомиозинподобных белков, активируемых ионами Са.
Синаптическая пластичность означает способность синапсов к функциональным и морфологическим перестройкам в процессе синаптической активности. Свойство пластичности синапсов составляет основу таких явлений, как обучение, память.
Изменение эффективности синапса после активации определяется увеличением или уменьшением амплитуды постсинаптических потенциалов, которые в свою очередь связаны с изменением количества нейромедиатора, высвобождаемого из пресинаптических окончаний.
Существует несколько основных фаз постактивационных изменений синаптической эффективности.
1. Облегчение – повышение амплитуды постсинаптического потенциала в начальный период ритмической серии пресинаптических импульсов.
2. Кратковременная посттетаническая потенциация – повышение амплитуды постсинаптического потенциала при ритмической активации нервного окончания в течение десятков секунд.
3. Постактивационная депрессия постсинаптических потенциалов, которая развивается параллельно и взаимодействует с процессом потенциации.
4. Длительная потенциация постсинаптических потенциалов, которая медленно развивается вслед за кратковременной потенциацией и продолжается в течение часов и даже дней.
Эти явления связаны с изменением концентрации Са+ в пресинаптических окончаниях во время ритмической активности. Длительные модификации синаптической эффективности ассоциируются с изменениями фосфорилирования синаптических белков.
Следует упомянуть, что наряду с пресинаптическими механизмами существуют и постсинаптические механизмы, основанные на изменениях чувствительности рецепторов нейромедиаторов.
3. Медиаторы
Развитие представлений о химической медиации нервных импульсов началось в начале века в результате открытий О. Лёви, Дж. Эллиота, ПДейла, которые показали, что передача сигнала в нейроэффекторных соединениях опосредуется высвобождением АХ или норадреналина из нервных окончаний.
До 50‑х годов к медиаторам относили две группы низкомолекулярных соединений, которые сейчас называются «классическими», «традиционными» медиаторами, – амины и аминокислоты. В 60‑е годы Дж. Бэрнсток открыл третью группу медиаторов – пуриновые нуклеотиды. В 1953 г. Ф-Лембек вьщвинул предположение о медиаторной роли пептида – вещества Р, обнаруженного еще в 30‑е годы в мозге и в стенках кишечника в виде вещества, которое усиливало сокращения изолированной кишки и вызывало временную гипотензию. Свое название вещество Р получило от слова «powder», поскольку его первооткрыватели работали с высушенными в виде порошка экстрактами тканей. Разработка иммуноцитохи-мических и радиоиммунологических методов позволила в 70 – 80‑е годы выявить в разных отделах нервной системы позвоночных и безпозвоночных множество пептидов, участвующих в синаптической передаче. Нейропептиды составляют четвертую, самую многочисленную группу медиаторов и, кроме того, выступают как модуляторы действия других медиаторов.
3.1. Принцип Дейла
В 30‑е годы Г. Дейл пришел к выводу, что идентификация медиатора в периферических окончаниях сенсорного нейрона позволяет судить о природе химической передачи в центральном синапсе этого нейрона. Со временем принцип Дейла стал толковаться как постулат, согласно которому каждый нейрон содержит единственное медиаторное вещество, которое высвобождается во всех окончаниях этого нейрона. В таком понимании принцип Дейла, безусловно, не соответствует действительности.
С современных позиций принцип Дейла соответствует, по-видимому, формулировать как положение о метаболической за-еисимости аксона и его окончаний от тела клетки. Известный нейробиолог Дж. Экклс считает, что именно такой смысл вкладывал в свой вывод и сам Г. Дейл.
3.2. Многообразие синаптических медиаторных функций
В настоящее время представление о химическом кодировании сигналов в нервной системе основываются на принципе множественности химических сигналов: в индивидуальном нейроне синтезируется более одного медиатора; каждое пресинаптическое окончание способно высвобождать несколько медиаторов, сочетание которых может не быть одинаковым для разных синапсов одного и того же нейрона.
Ставшее привычным понятие «эргичности» нейрона и синапса можно принимать лишь как условное. Термины «холинергический», «пуринергический», «пептидергический» и т.д. целесообразно употреблять только в случае присутствия в данном нейроне и высвобождении в синапсе конкретного медиатора, не исключая при этом существования других медиаторных веществ и не подразумевая приоритетной роли какого-то одного медиатора по отношению к другим.
Существует деление механизмов преобразования химического сигнала, а соответственно разделение рецепторов медиаторов на две категории – ионотропные и метаботропные. Ионотропные рецепторы составляют единый комплекс с ионофором, так что вызываемое медиатором изменение конформации рецептора ведет к открыванию ионных каналов и быстрым значительным сдвигам проводимости постсинаптической мембраны. Примером являются рецепторы ГАМК, глицина, а также АХ при его взаимодействии с никотиновыми холинорецепторами и часть рецепторов глутамата, аспартата и пуринов.
Метаботропные рецепторы осуществляют постсинаптический эффект путем активации специфических мембранных ферментов, обеспечивающих образование в мембране или в цитозоле постсинаптической клетки вторичных посредников, которые, в свою очередь, специфически активируют определенные ферменты; при этом запускаются каскады ферментативных процессов, ведущих в конечном счете к ковалентной модификации мембранных или цитоплазматических белков. Такой тип действия реализуется гораздо медленнее, чем ионотропный, и сопровождается относительно небольшими сдвигами проводимости иостсинаптическое мембраны. К метаботропной категории относится взаимодействие АХ с мускариновыми рецепторами, постсинаптическое действие катехоламинов и серотонина, части глутаматных рецепторов. Нейропептиды также являются метаботропными медиаторами.
Открытие медиаторов пептидной природы существенно расширило представления о химической медиации сигналов в нервной системе. Совсем недавно классическим образцом химического синапса считалось нервно-мышечное соединение, морфофункциональная организация которого обеспечивает быструю, точно направленную передачу сигнала по «анатомическому» адресу. В системах с «химическим» адресом специфичность передачи сигнала обусловлена не локальной анатомической связью пре- и постсинаптической структуры, а наличием специализированных рецепторов к данному медиатору только на клетках-мишенях, причем такой тип передачи сигнала может быть медленным, диффузным. Именно в передаче такого типа участвуют многие нейропептиды с некоторыми классическими нейромедиаторами, в частности моноаминами, которые тоже могут высвобождаться дистантно по отношению к клетке-мишени. Такое понимание медиаторной функции вплотную приближается к представлению о нейрогормонах, секретируемых в межклеточную жидкость, спинномозговую жидкость или кровь и модулирующих состояние клетки-мишени, расположенной на расстоянии от секретируемой клетки.
Медиаторные вещества делятся на две большие группы: нейромедиаторы, которые осуществляют передачу сигнала в синапсе, и нейромодуляторы, которые регулируют ^передачу сигнала.
3.3. Нейромедиаторная функция
Нейромедиаторная роль вещества в синапсе оценивается следующими критериями.
1. Присутствие медиатора в постсинаптинеском нейроне и, как правилд, неравномерное распределение медиатора в нервной системе. В пресинаптическом нейроне должны находиться молекулы – предшественники медиатора, ферменты его систеза или система специфического транспорта. В синапсе должны быть специфические участки связывания медиатора. Критерий проверяется анатомическими, биохимическими, гистохимическимим методами.
2. Высвобождение медиатора в ответ на деполяризующие стимулы из пресинаптических окончаний посредством Са+-зависимого экзоцитоза. Критерий проверяется физиологическими методами.
3. Идентичность эффектов предполагаемого медиатора и эндогенного нейромедиатора на клетке-мишени; аппликация экзогенного вещества на постсинаптическую клетку должна вызывать такой же эффект, как и физиологическая стимуляция. Взаимодействие медиатора с постсинаптическими рецепторами должно индуцировать сдвиги мембранной проводимости, ведущие к генерации возбуждающих или тормозных постсинаптических потенциалов. Эффекты, вызываемые аппликацией экзогенного вещества или физиологической стимуляцией, должны иметь одинаковые фармакологические характеристики, т.е. подвергаться аналогичным изменениям при действии фармакологичесих средств. Критерий проверяется физиологическими и фармакологическимим методами.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
