Информация

Може ли окситоцинът да пътува от една клетка в друга чрез празнини?

Може ли окситоцинът да пътува от една клетка в друга чрез празнини?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Окситоцинът е секретиран пептид с 9 остатъка. Като хормон може ли той да пътува през празнини, ако приемем, че се съхранява в предсинаптични невронни везикули?


Синаптичните везикули са от порядъка на десетки нанометри (например Zhang et al дават среден диаметър около 40 nm).

Междинните връзки са много по-малки, от порядъка на 1-2 nm. Maeda et al измерват едно при 1,4 nm.

Пептидите с размера на окситоцина, присъстващи в цитозола, теоретично могат да пътуват през празнини. Не могат да бъдат опаковани с везикули пептиди или молекули от всякакъв размер.


Maeda, S., Nakagawa, S., Suga, M., Yamashita, E., Oshima, A., Fujiyoshi, Y., & Tsukihara, T. (2009). Структура на канала за свързване на connexin 26 при разделителна способност 3,5 Å. Nature, 458 (7238), 597-602.

Джанг, Б., Ко, Ю. Х., Бекстед, Р. Б., Будник, В., Ганецки, Б., & Белен, Х. Дж. (1998). Размерът и броят на синаптичните везикули се регулират от клатрин адаптер протеин, необходим за ендоцитоза. неврон, 21(6), 1465-1475.


Може ли окситоцинът да пътува от една клетка в друга чрез празнини? - Биология

Извънклетъчният матрикс на животинските клетки държи клетките заедно, за да образуват тъкан и позволяват на тъканите да комуникират помежду си.

Цели на обучението

Обяснете ролята на извънклетъчния матрикс в животинските клетки

Ключови изводи

Ключови точки

  • Извънклетъчният матрикс на животинските клетки е изграден от протеини и въглехидрати.
  • Клетъчната комуникация в тъканите и образуването на тъкани са основни функции на извънклетъчния матрикс на животинските клетки.
  • Тъканната комуникация се стартира, когато молекула в матрицата се свързва с рецептор, крайните резултати са конформационни промени, които предизвикват химически сигнали, които в крайна сметка променят дейностите в клетката.

Ключови условия

  • колаген: Всеки от повече от 28 вида гликопротеин, който образува удължени влакна, обикновено намиращи се в извънклетъчния матрикс на съединителната тъкан.
  • протеогликан: Всеки от многото гликопротеини, които имат хетерополизахаридни странични вериги
  • извънклетъчен матрикс: Всички съединителни тъкани и влакна, които не са част от клетката, а по-скоро осигуряват опора.

Екстрацелуларен матрикс от животински клетки

Повечето животински клетки отделят материали в извънклетъчното пространство. Основните компоненти на тези материали са протеини. Колагенът е най-разпространеният от протеините. Неговите влакна са преплетени с протеинови молекули, съдържащи въглехидрати, наречени протеогликани. Взети заедно тези материали се наричат ​​извънклетъчен матрикс. Не само извънклетъчният матрикс държи клетките заедно, за да образуват тъкан, но също така позволява на клетките в тъканта да комуникират помежду си.

Извънклетъчната матрица: Извънклетъчният матрикс се състои от мрежа от протеини и въглехидрати.

Как се осъществява тази клетъчна комуникация? Клетките имат протеинови рецептори на извънклетъчните повърхности на техните плазмени мембрани. Когато една молекула в матрицата се свърже с рецептора, тя променя молекулярната структура на рецептора. Рецепторът от своя страна променя конформацията на микрофиламентите, разположени точно вътре в плазмената мембрана. Тези конформационни промени предизвикват химически сигнали вътре в клетката, които достигат до ядрото и включват “” или “изключват” транскрипцията на специфични участъци от ДНК. Това засяга производството на свързани протеини, като по този начин променя дейностите в клетката.

Пример за ролята на извънклетъчния матрикс в клетъчната комуникация може да се види при съсирването на кръвта. Когато клетките, покриващи кръвоносен съд, са повредени, те показват протеинов рецептор, наречен тъканен фактор. Когато тъканен фактор се свърже с друг фактор в извънклетъчния матрикс, той кара тромбоцитите да се придържат към стената на увредения кръвоносен съд и стимулира съседните гладкомускулни клетки в кръвоносния съд да се свиват (по този начин свиват кръвоносния съд). Впоследствие се започва серия от стъпки, които след това подтикват тромбоцитите да произвеждат фактори на съсирване.


Видове клетъчни връзки

1. Плътно съединение

Сред различните видове клетъчни връзки, тясната връзка насочва движението на разтворените вещества и водата, разположени между епитела. Това се случва в този момент, когато клетките се сблъскват една с друга.

Пропастта между клетките е толкова тясна, че нищо не може да премине. Единственият начин, по който веществата могат да пътуват, е като преминават през самата клетка.

Ако клетката позволи на определено количество хранителни вещества да преминат през нея, тясната връзка е тази, която действа като врата към тялото на клетката. Тесните връзки също действат като връзка между цитоскелетите на отделните клетки, като по този начин задържат съседните клетки на място.

Тесни връзки могат да бъдат намерени само при гръбначни животни. За безгръбначните кръстовища, които отговарят на функциите на тесния възел, се наричат ​​преградни кръстовища.

2. Adherens Junction

Друго известен като Zonula Adherens, Adherens Junction буквално образува непрекъснат пояс около клетка. Основната функция на Adherens Junction е да се придържа към съседна клетка или повърхност. Връзката се образува предимно с калций.

В определени части на тялото Adherens Junctions изпълняват много важна функция. Те помагат за свързването на структурата на сърцето, поддържайки сърцето заедно, дори когато то се разширява и свива, за да доставя кислород в цялото ни тяло.

Няколко протеина изграждат Adherens Junction:

  • Кадхеринът са плаващи адхезивни вещества, разположени извън клетката.
  • В клетката има закотвени протеини. Те свързват цитоскелета с Cadherin.
  • Цитоскелетът на самата клетка, който има актинови микрофиламенти.

3. Дезмозома

Дезмозомите са подобни по функция на Adherens Junctions. Дезмозомите са прикрепени към цитоскелета на клетката чрез демосплакина.

Оттам адхезионният протеин на десмозомите се простира към клетъчната мембрана, преминава през защитната мембрана и се прикрепя към друга десмозома от друга съседна клетка.

Двете десмозоми се преплитат в S, W или A форма. В мускулната тъкан десмозомите държат мускулите заедно.

4. Хемидесмозома

Хемидесмозомите са разположени в базалната ламина на клетката. Те се свързват с други клетки чрез разширяване на нишки, за да достигнат до други хемидесмозоми на други съседни клетки.

Подобно на десмозомите, хемидесмозомата действа като котва между съседни клетки.

Основната разлика се крие във факта, че хемидесмозомата е закотвена към базалната ламина на клетката, докато десмозомата е закотвена към цитоскелета на клетката.

5. Междинна връзка

Gap Junctions са специализирани връзки между клетките. Наличието на Gap Junction директно свързва цитоплазмата на съседни клетки. Основната им функция е да позволяват регулираното преминаване на електрически импулси, молекули и йони от една клетка в друга.

Тази комуникация е много важна, тъй като Gap Junctions позволяват извършването на сложни функции. Например Gap Junctions изпълняват необходима функция за развитието на органи, ембриони и тъкани.

В сърцето електрическите импулси, които нареждат на мускулите да се свиват, преминават през празнините. Сигналът за клетъчна смърт също преминава през Gap Junction.

Понякога клетките трябва да умрат, за да може тъканта да се развие в своята основна форма и предназначение. Gap Junctions също предават „заповеди“ за близките и околните здрави клетки да умрат, ако и когато се установи, че болна клетка умира.

Клетките от типа Gap Junction се намират в почти всеки вид тъкан в тялото. Единствените изключения от това са мобилните клетки като еритроцити и напълно узрели скелетни мускули. Междинните връзки не се срещат в форми на живот като слузести плесени, гъби и други прости организми.


Междуклетъчни връзки

Клетките могат също да комуникират помежду си чрез директен контакт, наричани междуклетъчни връзки. Има някои разлики в начините, по които растителните и животинските клетки правят това. Плазмодесмите са кръстовища между растителни клетки, докато контактите с животински клетки включват тесни връзки, празнини и десмозоми.

Плазмодесми

По принцип дългите участъци от плазмените мембрани на съседните растителни клетки не могат да се докосват един до друг, тъй като са разделени от клетъчната стена, която заобикаля всяка клетка. Как тогава едно растение може да пренесе вода и други хранителни вещества в почвата от корените си, през стъблата и до листата си? Такъв транспорт използва предимно съдовите тъкани (ксилема и флоема). Съществуват и структурни модификации, наречени плазмодесми (единствено число = плазмодесма), множество канали, които преминават между клетъчните стени на съседни растителни клетки, свързват тяхната цитоплазма и позволяват на материалите да се транспортират от клетка до клетка и по този начин в цялото растение (Фигура 2).

Фигура 2. Плазмодесма е канал между клетъчните стени на две съседни растителни клетки. Плазмодесмите позволяват на материалите да преминават от цитоплазмата на една растителна клетка към цитоплазмата на съседна клетка.

Тесни кръстовища

А плътна връзка представлява водонепропускливо уплътнение между две съседни животински клетки (Фигура 3). Клетките се държат плътно една срещу друга от протеини (предимно два протеина, наречени клаудини и оклудини).

Фигура 3. Плътните връзки образуват водонепропускливи връзки между съседни животински клетки. Протеините създават плътно сцепление.

Това плътно прилепване предотвратява изтичането на материали между клетките. Тесните връзки обикновено се намират в епителните тъкани, които покриват вътрешните органи и кухини и обхващат по-голямата част от кожата. Например, тесните връзки на епителните клетки, облицоващи пикочния ви мехур, предотвратяват изтичането на урина в извънклетъчното пространство.

Дезмозоми

Също така се срещат само в животинските клетки десмозоми, които действат като точкови заварки между съседни епителни клетки (Фигура 4). Късите протеини, наречени кадхерини в плазмената мембрана, се свързват с междинни филаменти, за да създадат десмозоми. Кадхерините свързват две съседни клетки заедно и поддържат клетките във форма, подобна на лист, в органи и тъкани, които се разтягат, като кожата, сърцето и мускулите.

Фигура 4. Дезмозома образува много силна точкова заварка между клетките. Свързващите кадхерини и междинните нишки го създават.

Междинни връзки

Междинни кръстовища в животинските клетки са като плазмодесми в растителните клетки, тъй като те са канали между съседни клетки, които позволяват транспортирането на йони, хранителни вещества и други вещества, които позволяват на клетките да комуникират (Фигура 5). Структурно обаче, междинните връзки и плазмодесмите се различават.

Фигура 5. Междинната връзка е белтъчно облицована пора, която позволява на водата и малките молекули да преминават между съседни животински клетки.

Междинните връзки се развиват, когато набор от шест протеина (наречени конексини) в плазмената мембрана се подреждат в удължена конфигурация, подобна на поничка, наречена конексон. Когато порите („дупки за понички“) на конексоните в съседни животински клетки се подравнят, между двете клетки се образува канал. Междинните връзки са особено важни при сърдечния мускул: Електрическият сигнал за мускула да се свие се предава ефективно през празнините, което позволява на клетките на сърдечния мускул да се свиват в тандем.

В обобщение: Клетъчни връзки

Животинските клетки комуникират чрез своите извънклетъчни матрици и са свързани помежду си чрез тесни връзки, десмозоми и празнини. Растителните клетки са свързани и комуникират помежду си чрез плазмодесми.

Когато протеиновите рецептори на повърхността на плазмената мембрана на животинска клетка се свържат с вещество в извънклетъчния матрикс, започва верига от реакции, които променят дейностите, протичащи в клетката. Плазмодесмите са канали между съседни растителни клетки, докато междинните връзки са канали между съседни животински клетки. Техните структури обаче са доста различни. Плътната връзка е водонепропускливо уплътнение между две съседни клетки, докато десмозомата действа като точкова заварка.


Съдържание

При гръбначните, хемиканалите на празнината са предимно хомо- или хетеро-хексамери на конексинови протеини. Преходните връзки при безгръбначни включват протеини от семейството на инексините. Иннексините нямат значителна хомология на последователността с конексините. [8] Въпреки че се различават по последователност от коннексините, инексините са достатъчно подобни на коннексините, за да се каже, че инексините образуват междинни връзки in vivo по същия начин правят коннексините. [9] [10] [11] Наскоро характеризираното семейство панексини, [12] за което първоначално се смяташе, че образува междуклетъчни канали (с аминокиселинна последователност, подобна на инексините [13] ), всъщност функционира като единична мембрана канал, който комуникира с извънклетъчната среда и е доказано, че пропуска калций и АТФ. [14]

При междинните връзки междуклетъчното пространство е между 2 и 4 nm [6] и единичните конексони в мембраната на всяка клетка са подравнени един с друг. [15]

Каналите на процепа, образувани от два идентични полуканала, се наричат ​​хомотипни, докато тези с различни хемиканали са хетеротипни. От своя страна, хемиканали с еднакъв състав на коннексини се наричат ​​хомомерни, докато тези с различни конексини са хетеромерни. Смята се, че съставът на канала влияе върху функцията на каналите на междинните връзки.

Преди инексините и панексините да бъдат добре характеризирани, гените, кодиращи каналите за свързване на конексин, бяха класифицирани в една от трите групи въз основа на генното картографиране и сходството на последователности: A, B и C (например, GJA1, GJC1). [16] [17] [18] Въпреки това, гените на коннексин не кодират директно за експресията на каналите на празнина, гените могат да произвеждат само протеините, които изграждат каналите на празнина. Алтернативна система за именуване, базирана на молекулното тегло на този протеин, също е популярна (например: connexin43=GJA1, connexin30.3=GJB4).

  1. ДНК към РНК към протеин Connexin.
  2. Един коннексинов протеин има четири трансмембранни домейна
  3. 6 Connexins създават един Connexon (полуканал). Когато различни коннексини се съединят, за да образуват един конексон, той се нарича хетеромерен конексон
  4. Два полуканала, свързани помежду си през клетъчна мембрана, включват канал на Gap Junction.
    Когато два идентични конексона се съберат, за да образуват канал за свързване на Gap, това се нарича хомотипичен GJ канал. Когато един хомомерен конексон и един хетеромерен конексон се съберат заедно, това се нарича хетеротипен канал за свързване на празнина. Когато два хетеромерни конексона се съединят, това се нарича също хетеротипен канал на Gap Junction.
  5. Няколко канала (стотици) за междинни връзки се събират в макромолекулен комплекс, наречен плака за празнина.
  1. Позволява директна електрическа комуникация между клетките, въпреки че различните субединици на коннексин могат да придадат различна проводимост на един канал, от около 30 pS до 500 pS.
  2. Позволява химическа комуникация между клетките чрез предаване на малки вторични пратеници, като инозитол трифосфат (IP
    3 ) и калций ( Ca 2+
    ), [7] въпреки че различните коннексинови субединици могат да придадат различна селективност за определени малки молекули.
  3. Като цяло, позволява трансмембранно движение на молекули, по-малки от 485 далтона[20] (1100 далтона през връзките на безгръбначни [21] ), въпреки че различните коннексинови субединици могат да придадат различни размери на порите и различна селективност на заряда. Големите биомолекули, например нуклеинова киселина и протеин, са изключени от цитоплазмения трансфер между клетките чрез конексин канали на празнина.
  4. Гарантира, че молекулите и токът, преминаващ през междинната връзка, не изтичат в междуклетъчното пространство.

Към днешна дата пет различни функции са приписани на протеина на празнината:

  1. Електрическо и метаболитно свързване между клетките
  2. Електрически и метаболитен обмен чрез хемиканали
  3. Туморни супресорни гени (Cx43, Cx32 и Cx36)
  4. Адхезивна функция, независима от канала на свързване на проводима междина (невронна миграция в неокортекса)
  5. Роля на карбоксилния край в сигнализирането на цитоплазмените пътища (Cx43)

Наблюдавани са празнини в различни животински органи и тъкани, където клетките контактуват една с друга. От 1950-те до 1970-те те са открити в нервите на раци, [22] панкреаса на плъхове, черния дроб, кората на надбъбречната жлеза, епидидимиса, дванадесетопръстника, мускула, [23] Daphnia чернодробно цекум, [24] Hydra мускула, [25] ретината на маймуна, [26] ] заешка роговица, [27] бластодерма на риба, [28] ембриони на жаба, [29] яйчник на заек, [30] клетки за повторно агрегиране, [31] [32] капсули от хемоцити от хлебарка, [33] кожа на заек, [34] пиле ембриони, [35] човешки остров Лангерханс, [36] акустично-вестибуларни рецептори за златни рибки и хамстери, [37] миноги и обвито сърце, [38] [39] семенни каналчета на плъх, [40] миометриум, [41] око леща [42] и храносмилателен епител на главоноги. [43] От 70-те години на миналия век междинните връзки продължават да се откриват в почти всички животински клетки, които се допират една до друга. До 90-те години на миналия век новата технология като конфокална микроскопия позволява по-бързо изследване на големи площи от тъкан. От 70-те години на миналия век дори тъканите, за които традиционно се смяташе, че вероятно имат изолирани клетки като костите, показват, че клетките все още са свързани с празнини, макар и слабо. [44] Изглежда, че празнините има във всички животински органи и тъкани и ще бъде интересно да се намерят изключения от това, различни от клетките, които обикновено не са в контакт със съседни клетки. Възрастните скелетни мускули са възможно изключение. Може да се твърди, че ако присъстват в скелетния мускул, междинните връзки могат да разпространяват контракциите по произволен начин между клетките, изграждащи мускула. Поне в някои случаи това може да не е така, както е показано при други видове мускули, които имат междинни връзки. [45] Индикация за това какво е резултат от намаляването или отсъствието на междинни връзки може да бъде показано чрез анализ на ракови заболявания [46] [47] [48] или процеса на стареене. [49]

Може да се види, че преходните връзки функционират на най-простото ниво като директен път от клетка към клетка за електрически токове, малки молекули и йони. Контролът на тази комуникация позволява сложни ефекти надолу по веригата върху многоклетъчни организми, както е описано по-долу.

Развитие на ембриони, органи и тъкани Редактиране

През 80-те години на миналия век са изследвани по-фини, но не по-малко важни роли на комуникацията в празнините. Беше открито, че комуникацията на празнината може да бъде нарушена чрез добавяне на анти-конексинови антитела в ембрионалните клетки. [50] [51] Ембриони с области на блокирани междинни връзки не успяха да се развият нормално. Механизмът, чрез който антителата блокират междинните връзки, е неясен, но бяха предприети систематични проучвания, за да се изясни механизмът. [52] [53] Усъвършенстването на тези изследвания показа, че междинните връзки изглеждат ключови за развитието на клетъчната полярност [54] и лява/дясна симетрия/асиметрия при животните. [55] [56] Докато сигнализирането, което определя позицията на телесните органи, изглежда разчита на празнини, така и по-фундаменталната диференциация на клетките на по-късните етапи от ембрионалното развитие.[57] [58] [59] [60] [61] Установено е също, че празнините връзки са отговорни за предаването на сигнали, необходими за ефекта на лекарствата [62] и обратното е показано, че някои лекарства блокират каналите на празнините. [63]

Междинни кръстовища и "ефектът на наблюдателя" Редактиране

Клетъчна смърт Редактиране

„Ефектът на наблюдателя“ с неговите конотации на убития невинен наблюдател също се медиира от празнини. Когато клетките са компрометирани поради заболяване или нараняване и започват да умират, съобщенията се предават до съседни клетки, свързани към умиращата клетка чрез процепи. Това може да доведе до смъртта на иначе незасегнатите здрави странични клетки. [64] Следователно е важно да се вземе предвид ефектът на наблюдателя при болни клетки, което отвори път за повече финансиране и разцвет на изследвания. [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] По-късно ефектът на наблюдателя е изследван и по отношение на клетки, увредени от радиация или механично нараняване и следователно заздравяване на рани. [74] [75] [76] [77] [78] Изглежда, че болестта също има ефект върху способността на празнините да изпълняват ролята си при заздравяването на рани. [79] [80]

Преструктуриране на тъкани Редактиране

Въпреки че има тенденция да се фокусира върху ефекта на наблюдателя при заболяване поради възможността за терапевтични пътища, има доказателства, че има по-централна роля в нормалното развитие на тъканите. Смъртта на някои клетки и заобикалящата ги матрица може да е необходима, за да може тъканта да достигне окончателната си конфигурация и връзките на празнините също изглеждат съществени за този процес. [81] [82] Има и по-сложни изследвания, които се опитват да комбинират нашето разбиране за едновременната роля на празнините в заздравяването на рани и развитието на тъканите. [83] [84] [85]

Области на електрическо свързване Редактиране

Междинните връзки електрически и химически свързват клетките в тялото на повечето животни. Електрическият съединител може да бъде сравнително бързо действащ. Тъканите в този раздел имат добре известни функции, за които се наблюдава, че са координирани от междинни връзки с междуклетъчно сигнализиране, което се случва във времеви рамки от микросекунди или по-малко.

Редактиране на сърцето

Преходните връзки са особено важни в сърдечния мускул: сигналът за свиване се предава ефективно през празнините, което позволява на клетките на сърдечния мускул да се свиват в унисон.

Неврони Редактиране

Процепът, разположен в невроните, често се нарича електрически синапс. Електрическият синапс е открит с помощта на електрически измервания, преди да бъде описана структурата на празнината. Електрическите синапси присъстват в цялата централна нервна система и са изследвани специално в неокортекса, хипокампуса, вестибуларното ядро, ретикуларното ядро ​​на таламуса, locus coeruleus, долното оливарно ядро, мезенцефалното ядро ​​на тригеминалния нерв и вентралната област, вентралната област. гръбначния мозък на гръбначните животни. [86]

Има известно наблюдение на слабо свързване на неврон към глиални клетки в locus coeruleus и в малкия мозък между невроните на Purkinje и глиалните клетки на Bergmann. Изглежда, че астроцитите са свързани чрез празнини, както с други астроцити, така и с олигодендроцити. [87] Освен това, мутациите в гените на процепа Cx43 и Cx56.6 причиняват дегенерация на бялото вещество, подобна на наблюдаваната при болест на Pelizaeus-Merzbacher и множествена склероза.

Коннексиновите протеини, експресирани в връзките на невронни празнини, включват:

с иРНК за най-малко пет други коннексина (mCx26, mCx30.2, mCx32, mCx43, mCx47), открити, но без имуноцитохимични доказателства за съответния протеин в ултраструктурно дефинирани празнини. Тези иРНК изглежда са регулирани надолу или унищожени от микро интерфериращи РНК (miRNAs), които са специфични за клетъчен тип и клетъчна линия.

Редактиране на ретината

Невроните в ретината показват обширно свързване, както в популации от един клетъчен тип, така и между различни типове клетки. [88]

Редактиране на именуване

Междинните кръстовища са наречени така поради "пропастта", която е показана на тези специални кръстовища между две клетки. [89] С повишената разделителна способност на трансмисионния електронен микроскоп (ТЕМ) структурите на междинните връзки за първи път могат да бъдат видени и описани през около 1953 г.

Изглежда, че терминът „пропаст“ е въведен около 16 години по-късно около 1969 г. [90] [91] [92] Подобна тясна редовна празнина не е демонстрирана в други междуклетъчни връзки, заснети с помощта на ТЕМ по това време.

Оформете индикатор за функция Редактиране

Много преди демонстрацията на "пропастта" в процепите те бяха забелязани на кръстовището на съседни нервни клетки. Непосредствената близост на съседните клетъчни мембрани в междинната връзка кара изследователите да спекулират, че те имат роля в междуклетъчната комуникация, по-специално в предаването на електрически сигнали. [93] [94] [95] Доказано е, че връзките на празнината са електрически изправящи и се наричат ​​електрически синапс. [96] [97] По-късно беше установено, че химикалите могат да се транспортират и между клетките чрез празнини. [98]

Подразбиращо се или изрично в повечето от ранните проучвания е, че областта на междинната връзка е различна по структура спрямо околните мембрани по начин, който я кара да изглежда различно. Доказано е, че междинната връзка създава микросреда между двете клетки в извънклетъчното пространство или "празнина". Тази част от извънклетъчното пространство е донякъде изолирана от заобикалящото пространство и също така е свързана с това, което сега наричаме конексонни двойки, които образуват още по-плътно затворени мостове, които пресичат празнината между две клетки. Когато се гледа в равнината на мембраната чрез техники за замразяване-фрактура, е възможно разпределение на конексоните с по-висока разделителна способност в плочата на междинната връзка. [99]

В някои кръстовища се наблюдават острови, свободни от конексин. Наблюдението беше до голяма степен без обяснение, докато везикулите не бяха показани от Peracchia, използвайки ТЕМ тънки срезове, които да бъдат систематично свързани с плаки на празнините. [100] Изследването на Перакия вероятно е и първото изследване, описващо сдвоени конексонни структури, които той нарича донякъде просто „глобула“. Проучванията, показващи везикули, свързани с празнини, и предполагащи, че съдържанието на везикули може да се движи през кръстовището на плаките между две клетки, са редки, тъй като повечето проучвания се фокусират върху конексоните, а не върху везикулите. По-късно проучване, използващо комбинация от техники за микроскопия, потвърди ранните доказателства за вероятна функция за междинни връзки в междуклетъчния трансфер на везикули. Зоните на трансфер на везикули са свързани с острови, свободни от конексин, в плаките на празнините. [101]

Електрически и химични нервни синапси Редактиране

Поради широкото разпространение на междинни връзки в клетъчни типове, различни от нервните клетки, терминът празнина връзка стана по-общо използван от термини като електрически синапс или нексус. Друго измерение във връзката между нервните клетки и празнините е разкрито чрез изследване на образуването на химични синапси и наличието на празнини. Чрез проследяване на развитието на нервите в пиявици с потисната експресия на празнина, беше показано, че двупосочната празнина (електрически нервен синапс) трябва да се образува между две клетки, преди те да могат да растат, за да образуват еднопосочен "химичен нервен синапс". [102] Химическият нервен синапс е синапсът, който най-често се съкращава до по-двусмисления термин „нервен синапс“.

Редактиране на композицията

Connexins Edit

Пречистването [103] [104] на плаките на междуклетъчната празнина, обогатени с протеин, образуващ канал (конексин), показа протеин, образуващ хексагонални масиви при рентгенова дифракция. Сега стана възможно систематично изследване и идентифициране на преобладаващия белтък на празнината [105]. Усъвършенстваните ултраструктурни изследвания от TEM [106] [107] показват, че протеинът се появява по комплементарен начин в двете клетки, участващи в плака на празнината. Плаката на празнината е относително голяма площ от мембрана, наблюдавана при TEM тънък срез и фрактура при замразяване (FF), запълнена с трансмембранни протеини в двете тъкани и по-нежно третирани препарати за празнина връзка. С очевидната способност само на един протеин да позволява междуклетъчна комуникация, наблюдавана в празнините [108], терминът празнина връзка има тенденция да стане синоним на група сглобени конексини, въпреки че това не е показано in vivo. Биохимичен анализ на изолати, богати на празнина, от различни тъкани, демонстрира семейство конексини. [109] [110] [111]

Ултраструктурата и биохимията на изолираните връзки на празнина, които вече са споменати, показват, че коннексините, преференциално групирани в плаки или домейни на празнини, и коннексините са най-добре характеризираната съставка. Отбелязано е, че организирането на протеини в масиви с плака с празнина може да бъде значително. [29] [112] Вероятно тази ранна работа вече отразява присъствието на повече от просто коннексини в празнините. Комбинирането на нововъзникващите полета на фрактура със замръзване, за да се видят вътрешните мембрани и имуноцитохимия за маркиране на клетъчните компоненти (имуномаркиране с реплика на замразяване или FRIL и имуномаркиране с тънки срезове) показва, че плаките на празнината in vivo съдържат протеина конексин. [113] [114] По-късни проучвания, използващи имунофлуоресцентна микроскопия на по-големи площи от тъкан, изясняват разнообразието в по-ранните резултати. Потвърдено е, че плаките на празнината имат променлив състав, тъй като са дом на протеини на конексон и не-конексин, както и което прави съвременната употреба на термините "гап кръстовище" и "плака на празнина" незаменяема. [115] С други думи, често използваният термин "процепен възел" винаги се отнася до структура, която съдържа конексини, докато плочата на празнината може да съдържа и други структурни характеристики, които ще я дефинират.

"Плаката" или "формационната плака" Редактиране

Ранните описания на „процепи“ и „конексони“ не ги споменават като такива и са използвани много други термини. Вероятно "синаптичните дискове" [116] са били точна препратка към плаките на празнините. Докато подробната структура и функция на connexon бяха описани по ограничен начин по това време, общата "дискова" структура беше относително голяма и лесно се виждаше от различни TEM техники. Дисковете позволиха на изследователите, използващи TEM, лесно да локализират конексоните, съдържащи се в диска, като петна in vivo и in vitro. Изглежда, че дискът или "плаката" има структурни свойства, различни от тези, придадени само от конексоните. [25] Смяташе се, че ако областта на мембраната в плаката предава сигнали, зоната на мембраната трябва да бъде запечатана по някакъв начин, за да се предотврати изтичане. [117] По-късни проучвания показват, че плаките на празнината са дом на протеини, които не са коннексинови, което прави съвременната употреба на термините "гап връзка" и "плака на празнината" незаменяеми, тъй като площта на плаката на празнината може да съдържа протеини, различни от конексини . [115] [118] Точно както коннексините не винаги заемат цялата площ на плаката, другите компоненти, описани в литературата, могат да бъдат само дългосрочни или краткосрочни жители. [119]

Проучвания, позволяващи изглед вътре в равнината на мембраната на междинните връзки по време на образуването, показват, че "формационна плака", образувана между две клетки преди навлизането на коннексините. Те са зони без частици, когато се наблюдават от TEM FF, което показва, че са били много малки или никакви трансмембранни протеини вероятно присъства. Малко се знае за това какви структури изграждат формационната плака или как структурата на формационната плака се променя, когато коннексините и други компоненти се движат навътре или навън. Едно от по-ранните изследвания за образуването на малки междинни връзки описва редици от частици и ореоли без частици. [120] С по-големи междинни връзки те са описани като образуващи плаки с движещи се в тях конексини. Смята се, че връзките на празнините на частиците се образуват 4-6 часа след появата на плаките на образуването. [121] Как коннексините могат да бъдат транспортирани до плаките с помощта на тубулин става все по-ясно. [54] [122]

Формиращата плака и не-коннексиновата част на класическата празнина кръстовище са били трудни за анализиране от ранните изследователи. Изглежда в TEM FF и тънък участък като домен на липидна мембрана, който по някакъв начин може да образува сравнително твърда бариера за други липиди и протеини. Има косвени доказателства за това, че определени липиди са преференциално свързани с образуването на плака, но това не може да се счита за окончателно. [123] [124] Трудно е да се предвиди разбиване на мембраната за анализ на мембранните плаки, без да се засяга техният състав. Чрез изследване на коннексините, които все още са в мембраните, са изследвани липидите, свързани с конексините. [125] Установено е, че специфичните коннексини са склонни да се свързват преференциално със специфични фосфолипиди. Тъй като образуващите плаки предхождат коннексините, тези резултати все още не дават сигурност относно това, което е уникалното за състава на самите плаки. Други открития показват, че коннексините се свързват с протеинови скелета, използвани в друго съединение, zonula запушва ZO1. [126] Въпреки че това ни помага да разберем как коннексините могат да бъдат преместени в плака за образуване на празнина, съставът на самата плака все още е малко схематичен. С помощта на TEM FRIL се постига известен напредък по отношение на in vivo състава на плочата на празнината. [119] [126]


Окситоцин сигнализиращ път

Сигналният път на окситоцин се отнася до протеини на сигналния път, включително окситоцин, окситоцинови рецептори и свързани регулаторни фактори. Окситоцинът е пептиден хормон, секретиран от задната хипофиза. Синтезиран от хипоталамусното паравентрикуларно ядро ​​и супраоптично ядро, той се състои от 9 аминокиселини. Транспортира се до хипофизната жлеза със скорост от 2 mm до 3 mm на ден. Метиониновите остатъци в позициите "1" и "6" образуват циклична структура на 6-пептид под формата на дисулфидна връзка. Физиологичната роля на сигналния път на окситоцина е главно да стимулира гърдата да отделя мляко, да насърчава свиването на гладката мускулатура на матката по време на раждането и да насърчава ролята на майчината любов. Освен това може да намали нивото на хормоните на стреса като надбъбречните кетони в тялото, за да понижи кръвното налягане. Това не е женски патент и могат да го отделят както мъжете, така и жените. Ролята му е основно в кърмещите млечни жлези да отделят непрекъснато мляко под действието на пролактина и да го съхраняват в млечната жлеза. Окситоцинът може да свива миоепителни клетки около ацинуса на гърдата и да стимулира кърмата с лактационна функция. Окситоцинът има силен ефект на стимулиране на свиването на матката, но е чувствителен към бременната матка.

Семейство окситоцин

Сигналният път на окситоцина инициира последващ отговор чрез свързване на окситоцин и рецептора. Окситоцинът се състои от 9 аминокиселини, от които 2 цистеина образуват дисулфидна връзка на 1,6 позиции с относително молекулно тегло 1007, която съществува като свободен пептид в кръвообращението. Биологичният полуживот на окситоцина е само 3 до 10 минути, а полуживотът е по-кратък при високи концентрации. Метаболитният клирънс на майката по време на бременност е 19-21 ml на килограм телесно тегло, който се изчиства основно от черния дроб и се изхвърля от бъбреците в неактивна форма. Окситоцинът също се разгражда от окситоцин в матката по време на бременност. Окситоцинът се синтезира главно в големите клетки на супрахиазматичното ядро ​​и паравентрикуларното ядро ​​на хипоталамуса, а малко количество се синтезира в периферните органи. Механизмът на регулиране все още не е ясен, а регулаторните последователности в гена на окситоцин също са неизвестни. Специалната анатомична структура на невроните кара окситоцина да има двойна роля на хормони и невротрансмитери. Невросекреторните гранули, съдържащи окситоцин и хипофизен вазопресин, са широко разпространени във влакната на Purkinje и се разпределят по невроните. В допълнение, окситоцинът е широко разпространен в органи като матка, яйчник, тестис, надбъбречна жлеза, тимус и панкреас и има функции на автокринна и паракринна. Рецепторът на окситоцин (OTR) принадлежи към семейството на рецептора, свързан с G-протеин (GPCR) от тип А и съдържа седем трансмембранни алфа спирали, състоящи се от 389 аминокиселинни остатъка. Рецепторите на окситоцин могат да бъдат свързани към субединици като Gq, Gi1, Gi2, Gi3, GoA и GoB, причинявайки повишаване на концентрацията на цитозолен калций (свързване към Gq субединицата) или инхибиране на активността на аденилат циклазата (свързване с Gi субединицата). Генът на рецептора на окситоцин е разположен на човешката хромозома 3p25 и е с дължина около 19 kb, съдържащ 3 интрона и 4 екзона. Тъй като окситоцинът има висока хомология на последователността с друг невропептид (вазопресин, AVP, известен също като аргинин вазопресин), когато се изучават нови агонисти и антагонисти на окситоциновата система, вазопресинови рецептори (т.е. V1a рецептор и V2 рецептор) обикновено се използват като контроли за изследване дали афинитетът на новия лиганд към окситоциновия рецептор е значително по-силен от неговия афинитет към вазопресиновия рецептор. Основният регион, който медиира свързването на окситоциновия рецептор и вазопресиновия рецептор към съответния лиганд, е в третия трансмембранен регион на рецептора, докато трансмембранните участъци на окситоциновия рецептор 5 и 6 са специфично разпознати от окситоцина. Има три различни афинитетни окситоцин свързващи места в миометриума на плъхове. Сред тях мястото на свързване на междинния афинитет е окситоциновият рецептор, а другите две роли все още са неясни. Мястото на свързване с нисък афинитет няма очевидни фармакологични ефекти. Смята се, че мястото на свързване с висок афинитет взаимодейства с централното място на свързване с афинитет, за да повлияе на матката. При свързване с окситоцин или неговия агонист или антагонист, рецепторът претърпява промяна в афинитета. Следователно, въпреки че плътността на рецептора не се променя, ако афинитетът на рецептора се промени, биологичната функция и биологичната активност на матката могат да бъдат засегнати. Човешкият мезентериален окситоцинов рецептор има относителна молекулна маса от около 43 000 и се състои от 388 аминокиселини, вероятно съдържащи седем трансмембранни пептида, като G протеин-свързващия рецептор.

Сигнален път на окситоцин

    Каскада на сигналния път на окситоцин

Окситоцинът насърчава свиването на матката чрез активиране на калциевите канали, свързани с рецепторите и освобождаването на калций на саркоплазмения ретикулум. Окситоцинът се свързва с рецептора и се медиира от втори пратеник, който се регулира от напрежение или хормонална регулация върху мембраната на мускулната клетка и чрез медииран от контрактор извънклетъчен калциев приток. Окситоцинът увеличава производството на инозитол 1,4,5-трифосфат, а мобилизирането на 5-трифосфат инозитол съхранява вътреклетъчно освобождаване на калций в ендоплазмения ретикулум и саркоплазмения ретикулум. В допълнение, окситоцинът кара клетките да произвеждат вътрешни токове чрез активирани от рецептори, неселективни катионни канали, които деполяризират клетъчните мембрани, произвеждайки потенциали на действие и мускулни контракции. Инвитро Експериментите върху човешки миоцити на матката произлизат от термина, че бременността показва, че окситоцинът влияе върху контрактилитета на матката чрез деполяризация на мембранния потенциал, но не влияе върху взаимодействието на мускулните клетки чрез празнини, което показва свиване на мускулите на матката и координация на миоцитите. Механизмът на действие е различен. Понастоящем ролята на втория пратеник cAMP и cGMP все още не е ясна. Инвитро проучванията са наблюдавали, че cAMP участва в експоненциално увеличаване на броя на амниотичните окситоцинови рецептори по време на бременност на заек. Окситоцинът повишава активността на митоген-активираните протеинкинази чрез посредничеството на G-протеин. Окситоцинът също така повишава активността на аланин аминотрансфераза и фосфолипаза С чрез взаимодействието на окситоциновия рецептор с Gα q и Gα 11 веригите на свързващия протеин.

Генетичната структура и геномният състав между окситоцин и вазопресин (VP) в хипоталамуса са тясно свързани. Всички те имат един и същ произход, всички от които са малки фрагменти от до 2500 базови двойки. Генът на окситоцина се състои от три екзона и две инсерции. Екзон А включва сигнален пептид, част от окситоцинова последователност и N-терминална част на протеина носител на вазопресин. Екзон В е средната част на вазопресина на хипофизата, а екзон С е питуитрин и носи С-терминалната част на протеина. Човешкият окситоцин и VP гените са разположени на една и съща позиция на хромозома 20, но посоката на транскрипция е обърната. Последователността между двата гена е 9 kb. Некодиращият регион в 5' края на транскрипционния произход на гена на окситоцин при хора, плъхове и женски говеда е силно променлив, като само няколко двойки нуклеотидни последователности са сходни. Разликата между 5' края на окситоцина и VP гена също е голяма. Също така има специфичен за окситоцин усилвател в или близо до VP гена, тъй като окситоцин генът може да бъде експресиран само когато малък фрагмент е лигиран към VP гена. Естрогенът повишава експресията на гена на окситоцин в матката на плъхове и човешки амниотични, хорионни и децидуални култури. Промоторната област на гена за окситоцин на плъх съдържа два естроген-чувствителни фрагмента, а човешкият ген съдържа само един ген. Реакционният фрагмент изисква само един генен фрагмент от -49 до +36, разположен в 5' фланкиращата област на гена. Въпреки това, директният стимулиращ ефект на естрогена върху гена на окситоцин може да бъде ограничен до подгрупа от окситоцинови неврони, които се свързват с естрогена.

През последните години изследвания върху окситоцин и рецепторни гени и депресия дадоха нови насоки за изучаване на неврологични механизми и клинични изследвания на психични разстройства като депресията. Освен това, окситоцинът може да подобри депресивните симптоми на пациента чрез регулиране на терапевтичните цели като HPA ос и хипокампалната неврогенеза, така че окситоцинът вероятно ще се превърне в ново лекарство за целево лечение на пациенти с депресия.

Аутизмът е широко разпространено неврологично разстройство с неизвестни причини и към днешна дата няма ефективно лечение. Като един от характерните симптоми на аутизма социалните разстройства се отразяват сериозно на физическото и психическото здраве и качеството на живот на пациентите. Проучванията показват, че окситоцинът играе важна роля в социалните взаимодействия и дефицитът на окситоцин или недостатъчното му използване може да бъде свързан със социални разстройства при пациенти с аутизъм.

Проучване на Rubin et al. (2010) установяват, че колкото по-високо е нивото на окситоцин в периферната нервна система на жените с психично заболяване, толкова по-малко клинични симптоми имат те. Goldman, Marlow-O'Connor, Torres и Carter (2008) събират нивата на окситоцин в кръвта на нормални пациенти и пациенти с шизофрения и установяват, че нивата на окситоцин са положително свързани с разпознаването на изражението на лицето, докато при пациенти с ниско натриева шизофрения нивата на окситоцин са значително по-ниски от нормалните натрий пациенти с шизофрения и нормални хора. По-интересното е, че изследователите откриват, че нивата на окситоцин в кръвта на нормалната група се повишават преди и след взаимодействието на доверие при споделяне на тайни, докато шизофреничната група не се променя.


Съдържание

Фигура 1: Концентрации на вътре- и извънклетъчни йони (mmol/L)
елемент йон Извънклетъчна Вътреклетъчни Съотношение
натрий Na + 135 - 145 10 14:1
калий К + 3.5 - 5.0 155 1:30
хлорид Cl − 95 - 110 10 - 20 4:1
калций Ca 2+ 2 10 −4 2 x 10 4 : 1
Въпреки че вътреклетъчното съдържание на Ca 2+ е около 2 mM, по-голямата част от това е свързано или изолирано във вътреклетъчните органели (митохондрии и саркоплазмен ретикулум). [5]

Подобно на скелетните мускули, потенциалът на мембраната в покой (напрежение, когато клетката не е електрически възбудена) на камерните клетки е около -90 миливолта (mV 1 mV = 0,001 V), т.е. вътрешността на мембраната е по-отрицателна от външната. Основните йони, намиращи се извън клетката в покой, са натриевият (Na + ) и хлоридът (Cl − ), докато вътре в клетката е главно калий (K + ). [6]

Потенциалът на действие започва с по-положителното напрежение, което е известно като деполяризация и се дължи главно на отварянето на натриеви канали, които позволяват на Na + да тече в клетката. След закъснение (известно като абсолютен рефрактерен период, вижте по-долу), тогава настъпва прекратяване на потенциала на действие, тъй като калиеви канали се отварят, позволявайки на K + да напусне клетката и причинявайки връщане на мембранния потенциал към отрицателен, това е известно като реполяризация. Друг важен йон е калциевият (Ca 2+ ), който може да се намери извън клетката, както и вътре в клетката, в калциев склад, известен като саркоплазмен ретикулум (SR). Освобождаването на Ca 2+ от SR, чрез процес, наречен калций-индуцирано освобождаване на калций, е жизненоважно за фазата на платото на потенциала на действие (виж фаза 2, по-долу) и е фундаментална стъпка в свързването на сърдечното възбуждане-свиване. [7]

Съществуват важни физиологични разлики между клетките, които спонтанно генерират потенциала на действие (клетки на пейсмейкъра, например SAN) и тези, които просто го провеждат (клетки без пейсмейкър, например камерни миоцити). Специфичните разлики в видовете изразени йонни канали и механизмите, чрез които те се активират, водят до разлики в конфигурацията на вълновата форма на потенциала за действие, както е показано на фигура 2.

Стандартният модел, използван за разбиране на потенциала за действие на сърцето, е този на камерния миоцит. По-долу са очертани петте фази на потенциала на действие на вентрикуларния миоцит, с позоваване също на потенциала на действие на SAN.

Фаза 4 Редактиране

Във вентрикуларния миоцит фаза 4 настъпва, когато клетката е в покой, в период, известен като диастола. В стандартната клетка без пейсмейкър напрежението през тази фаза е повече или по-малко постоянно, приблизително -90 mV. [8] Потенциалът на мембраната в покой е резултат от потока от йони, влили в клетката (например натрий и калций), и йоните, изтекли от клетката (например калий, хлорид и бикарбонат), са перфектно балансирани.

Изтичането на тези йони през мембраната се поддържа от дейността на помпи, които служат за поддържане на вътреклетъчната концентрация повече или по-малко постоянна, така че например натриевите (Na + ) и калиевите (K + ) йони се поддържат от натриевия- калиева помпа, която използва енергия (под формата на аденозин трифосфат (АТФ)) за преместване на три Na + извън клетката и два K + в клетката. Друг пример е натриево-калциевият обменник, който премахва един Ca 2+ от клетката за три Na + в клетката. [9]

По време на тази фаза мембраната е най-пропусклива за К+, който може да пътува в или извън клетката през канали за изтичане, включително вътрешно ректифициращия се калиев канал. [10] Следователно потенциалът на мембраната в покой се определя главно от равновесния потенциал на К + и може да бъде изчислен с помощта на уравнението на напрежението на Goldman-Hodgkin-Katz.

Клетките на пейсмейкъра обаче никога не са в покой. В тези клетки фаза 4 е известна още като потенциал на пейсмейкъра. По време на тази фаза, мембранният потенциал бавно става по-положителен, докато достигне зададена стойност (около -40 mV, известна като прагов потенциал) или докато се деполяризира от друг потенциал на действие, идващ от съседна клетка.

Смята се, че потенциалът на пейсмейкъра се дължи на група канали, наричани HCN канали (хиперполяризация-активирани циклични нуклеотиди). Тези канали се отварят при много отрицателни напрежения (т.е. непосредствено след фаза 3 на предишния потенциал на действие, вижте по-долу) и позволяват преминаването както на K +, така и на Na + в клетката. Поради необичайното им свойство да се активират от много отрицателни мембранни потенциали, движението на йони през HCN каналите се нарича забавен ток (виж по-долу). [11]

Друга хипотеза относно потенциала на пейсмейкъра е „калциевият часовник“. Тук калцият се освобождава от саркоплазмения ретикулум в клетката. Този калций след това увеличава активирането на натриево-калциевия обменник, което води до увеличаване на мембранния потенциал (тъй като заряд +3 се внася в клетката (от 3Na+), но само заряд +2 напуска клетката (от Ca 2+) следователно има нетно зареждане от +1, влизащо в клетката). След това този калций се изпомпва обратно в клетката и обратно в SR чрез калциеви помпи (включително SERCA). [12]

Фаза 0 Редактиране

Тази фаза се състои от бърза, положителна промяна в напрежението през клетъчната мембрана (деполяризация) с продължителност по-малко от 2 ms в камерните клетки и 10/20 ms в SAN клетките. [13] Това се случва поради нетния поток от положителен заряд в клетката.

В клетки без пейсмейкър (т.е. камерни клетки), това се произвежда предимно от активиране на Na + канали, което увеличава мембранната проводимост (поток) на Na + (gна). Тези канали се активират, когато потенциал за действие пристигне от съседна клетка, през междинни връзки. Когато това се случи, напрежението в клетката леко се увеличава. Ако това повишено напрежение достигне определена стойност (прагов потенциал

-70 mV) причинява отваряне на Na + каналите. Това води до по-голям приток на натрий в клетката, като бързо увеличава напрежението (до

+50 mV [6] т.е. към равновесния потенциал на Na +). Въпреки това, ако първоначалният стимул не е достатъчно силен и праговият потенциал не е достигнат, бързите натриеви канали няма да се активират и потенциал на действие няма да бъде произведен, това е известно като закон за всичко или нищо. [14] [15] Притокът на калциеви йони (Ca 2+) през L-тип калциеви канали също представлява незначителна част от ефекта на деполяризация. [16] Наклонът на фаза 0 на вълната на потенциала за действие (виж фигура 2) представлява максималната скорост на промяна на напрежението на сърдечния акционен потенциал и е известен като dV/dtмакс.

В клетките на пейсмейкъра (например клетки на синоатриалния възел), обаче, повишаването на мембранното напрежение се дължи главно на активиране на L-тип калциеви канали. Тези канали също се активират от повишаване на напрежението, но този път то се дължи или на потенциала на пейсмейкъра (фаза 4) или на потенциала на насрещно действие. L-тип калциевите канали се активират към края на потенциала на пейсмейкъра (и следователно допринасят за последните етапи на потенциала на пейсмейкъра). L-тип калциевите канали се активират по-бавно от натриевите канали във вентрикуларната клетка, следователно наклонът на деполяризация във формата на вълната на потенциала за действие на пейсмейкъра е по-малко стръмен от този във формата на вълната на потенциала за действие без пейсмейкър. [8] [17]

Фаза 1 Редактиране

Тази фаза започва с бързото инактивиране на Na + каналите от вътрешната врата (инактивационна порта), намалявайки движението на натрий в клетката. В същото време калиеви канали (наречени Iдо1) се отваря и затваря бързо, позволявайки кратък поток на калиеви йони от клетката, което прави мембранния потенциал малко по-отрицателен. Това се нарича „прорез“ във формата на вълната на потенциала за действие. [8]

В клетките на пейсмейкъра няма очевидна фаза 1.

Фаза 2 Редактиране

Тази фаза е известна още като фаза на "плато" поради факта, че мембранният потенциал остава почти постоянен, тъй като мембраната бавно започва да се реполяризира. Това се дължи на близкия баланс на заряда, който се движи в и извън клетката. По време на тази фаза забавените калиеви канали на токоизправителя позволяват на калия да напусне клетката, докато калциевите канали L-тип (активирани от потока на натрий по време на фаза 0) позволяват движението на калциеви йони в клетката. Тези калциеви йони се свързват и отварят повече калциеви канали (наречени рианодинови рецептори), разположени върху саркоплазмения ретикулум в клетката, позволявайки изтичането на калций от SR. Тези калциеви йони са отговорни за свиването на сърцето. Калцият също активира хлоридните канали, наречени Iдо2, които позволяват на Cl − да влезе в клетката. Движението на Ca 2+ се противопоставя на промяната на реполяризиращото напрежение, причинена от K + и Cl − [ необходимо цитиране ] . Освен това повишената концентрация на калций повишава активността на натриево-калциевия обменник, а увеличаването на натрия, влизащ в клетката, повишава активността на натриево-калиевата помпа. Движението на всички тези йони води до това, че мембранният потенциал остава относително постоянен. [18] [8] Тази фаза е отговорна за голямата продължителност на потенциала за действие и е важна за предотвратяване на неравномерен сърдечен ритъм (сърдечна аритмия).

В потенциалите на действие на пейсмейкъра няма фаза на плато.

Фаза 3 Редактиране

По време на фаза 3 (фаза на "бърза реполяризация") на потенциала на действие, L-тип Ca 2+ каналите се затварят, докато бавно забавеният токоизправител (IKs) K + каналите остават отворени, тъй като се отварят повече канали за изтичане на калий. Това осигурява нетен външен положителен ток, съответстващ на отрицателна промяна в мембранния потенциал, като по този начин позволява отварянето на повече видове K + канали. Това са преди всичко К + каналите на токоизправителя с бързо забавяне (IКр) и вътрешния изправителен K + ток IK1. Този нетен положителен ток навън (равен на загуба на положителен заряд от клетката) кара клетката да се реполяризира. Каналите на забавения токоизправител K + се затварят, когато мембранният потенциал се възстанови до около -85 до -90 mV, докато IK1 остава проводимост през фаза 4, което помага да се настрои мембранния потенциал в покой [19]

Йонните помпи, както беше обсъдено по-горе, като натриево-калциев обменник и натриево-калиева помпа възстановяват йонните концентрации обратно до балансирани състояния на потенциала преди действие. Това означава, че се изпомпва вътреклетъчният калций, който е отговорен за свиването на сърдечните миоцити. След като това се загуби, контракцията спира и миоцитните клетки се отпускат, което от своя страна отпуска сърдечния мускул.

По време на тази фаза потенциалът за действие съдбовно се ангажира с реполяризация. Това започва със затварянето на L-тип Ca 2+ канали, докато K + каналите (от фаза 2) остават отворени. Основните калиеви канали, участващи в реполяризацията, са забавените токоизправители (IКр) и азКс), както и вътрешният токоизправител (IK1). Като цяло има нетен външен положителен ток, който предизвиква отрицателна промяна в мембранния потенциал. [18] Забавените изправителни канали се затварят, когато мембранният потенциал се възстанови до потенциала на покой, докато вътрешните изправителни канали и йонните помпи остават активни през фаза 4, нулирайки концентрациите на йони в покой. Това означава, че калцият, използван за мускулна контракция, се изпомпва от клетката, което води до мускулна релаксация.

В синоатриалния възел тази фаза също се дължи на затварянето на L-тип калциеви канали, предотвратяване на вътрешен поток на Ca 2+ и отваряне на бързо забавени калиеви канали на ректификатора (IКр). [20]

Сърдечните клетки имат два рефрактерни периода, първият от началото на фаза 0 до част от фаза 3, който е известен като абсолютен рефрактерен период, през който е невъзможно клетката да произведе друг потенциал на действие. Това е непосредствено последвано, до края на фаза 3, от относителен рефрактерен период, през който е необходим по-силен от обичайния стимул, за да се произведе друг потенциал на действие. [21] [22]

Тези два рефрактерни периода са причинени от промени в състоянията на натриевите и калиеви канали. Бързата деполяризация на клетката, по време на фаза 0, кара мембранния потенциал да се доближи до равновесния потенциал на натрия (т.е. мембранния потенциал, при който натрият вече не се изтегля в или извън клетката). Тъй като мембранният потенциал става по-положителен, след това натриевите канали се затварят и заключват, това е известно като „инактивирано“ състояние. По време на това състояние каналите не могат да бъдат отворени независимо от силата на възбудителния стимул - това води до абсолютния рефрактерен период. Относителният рефрактерен период се дължи на изтичането на калиеви йони, което прави мембранния потенциал по-отрицателен (т.е. той е хиперполяризиран), това нулира натриевите канали, отварящи портата за инактивиране, но все пак оставяйки канала затворен. Това означава, че е възможно да се инициира потенциал за действие, но е необходим по-силен стимул от нормалното. [23]

Преходните връзки позволяват прехвърлянето на потенциала на действие от една клетка в друга (за тях се казва, че електрически двойка съседни сърдечни клетки). Те са направени от семейството протеини коннексини, които образуват пори, през които йони (включително Na+, Ca 2+ и K+) могат да преминават. Тъй като калият е най-висок в клетката, основно калий преминава през него. Този повишен калий в съседната клетка причинява леко увеличаване на мембранния потенциал, активирайки натриевите канали и инициирайки потенциал на действие в тази клетка. (Краткото изтичане на Na+ през конексона при пикова деполяризация причинява деполяризация от клетка към клетка, а не на калий.) [24] Тези връзки позволяват бързото провеждане на потенциала на действие в сърцето и са отговорни за разрешаването на действието на потенциала в сърцето. всички клетки в предсърдията да се свиват заедно, както и всички клетки в вентрикулите. [25] Некоординираното свиване на сърдечните мускули е в основата на аритмия и сърдечна недостатъчност. [26]

Фигура 3: Основни течения по време на сърдечния камерен потенциал на действие [27]
Текущ (аз) протеин на α субединица ген на α субединица Фаза/роля
Na + азна наV1.5 SCN5A [28] 0
Ca 2+ азCa(L) окV1.2 CACNA1C [29] 0-2
К + аздо1 КV4.2/4.3 KCND2/KCND3 1, прорез
К + азКс КV7.1 KCNQ1 2,3
К + азКр КV11.1 (hERG) KCNH2 3
К + азK1 Кир2.1/2.2/2.3 KCNJ2/KCNJ12/KCNJ4 3,4
Na +, Ca 2+ азNaCa 3Na + -1Ca 2+ -обменник NCX1 (SLC8A1) йонна хомеостаза
Na + , K + азNaK 3Na + -2K + -АТФаза ATP1A йонна хомеостаза
Ca 2+ азpCa Ca 2+ -транспортираща АТФаза ATP1B йонна хомеостаза

Йонните канали са протеини, които променят формата си в отговор на различни стимули, за да позволят или да предотвратят движението на специфични йони през мембраната (за тях се казва, че са селективно пропускливи).Стимулите, които могат да идват или извън клетката, или отвътре, могат да включват свързване на специфична молекула към рецептор на канала (известен също като лиганд-зависими йонни канали) или промяна в мембранния потенциал около канала, се открива от сензор (известен също като йонни канали с напрежение) и може да действа за отваряне или затваряне на канала. Пората, образувана от йонния канал, е водна (напълнена с вода) и позволява на йона да преминава бързо през мембраната. [30] Йонните канали могат да бъдат селективни за специфични йони, така че има Na + , K + , Ca 2+ и Cl − специфични канали. Те също могат да бъдат специфични за определен заряд на йони (т.е. положителен или отрицателен). [31]

Всеки канал е кодиран от набор от ДНК инструкции, които казват на клетката как да го направи. Тези инструкции са известни като ген. Фигура 3 показва важните йонни канали, участващи в сърдечния потенциал за действие, тока (йони), който протича през каналите, техните основни протеинови субединици (градивни блокове на канала), някои от техните контролиращи гени, които кодират тяхната структура и фази те са активни по време на сърдечния акционен потенциал. Някои от най-важните йонни канали, участващи в потенциала на сърдечно действие, са описани накратко по-долу.

Активирани от хиперполяризация циклични нуклеотидни (HCN) канали Редактиране

Разположени главно в клетките на пейсмейкъра, тези канали стават активни при много отрицателни мембранни потенциали и позволяват преминаването както на Na+, така и на K+ в клетката (това движение е известно като забавен ток, Iе). Тези слабо селективни катионни (положително заредени йони) канали провеждат повече ток, тъй като мембранният потенциал става по-отрицателен (хиперполяризиран). Активността на тези канали в SAN клетките кара мембранния потенциал да се деполяризира бавно и затова се смята, че те са отговорни за потенциала на пейсмейкъра. Симпатиковите нерви пряко засягат тези канали, което води до повишена сърдечна честота (вижте по-долу). [32] [11]

Бързото редактиране на Na + канал

Тези натриеви канали са зависими от напрежението, отварят се бързо поради деполяризация на мембраната, която обикновено се получава от съседни клетки, чрез процепни връзки. Те позволяват бърз поток на натрий в клетката, деполяризирайки мембраната напълно и инициирайки потенциал за действие. Тъй като мембранният потенциал се увеличава, тези канали след това се затварят и заключват (стават неактивни). Поради бързия приток на натриеви йони (стръмна фаза 0 във формата на вълната на потенциала на действие) активирането и инактивирането на тези канали се случва почти по едно и също време. По време на състоянието на инактивиране Na + не може да премине (абсолютен рефрактерен период). Те обаче започват да се възстановяват от инактивиране, тъй като мембранният потенциал става по-отрицателен (относителен рефрактерен период).

Калиевите канали Редактиране

Двата основни типа калиеви канали в сърдечните клетки са вътрешни токоизправители и волтаж-зависими калиеви канали.

Вътрешно ректифициращи калиеви канали (Kир) благоприятстват потока на К + в клетката. Този приток на калий обаче е по-голям, когато мембранният потенциал е по-отрицателен от равновесния потенциал за K + (

-90 mV). Тъй като мембранният потенциал става по-положителен (т.е. по време на клетъчна стимулация от съседна клетка), потокът на калий в клетката чрез Kир намалява. Следователно, Кир е отговорен за поддържането на потенциала на мембраната в покой и инициирането на фазата на деполяризация. Въпреки това, тъй като мембранният потенциал продължава да става все по-положителен, каналът започва да позволява преминаването на К + навън на клетката. Този изходящ поток от калиеви йони при по-положителните мембранни потенциали означава, че Kир може също да подпомогне крайните етапи на реполяризация. [33] [34]

Волтаж-зависимите калиеви канали (Kv) се активират чрез деполяризация. Токовете, произвеждани от тези канали, включват преходния изходящ калиев ток аздо1. Този ток има два компонента. И двата компонента се активират бързо, но аздо, бързо инактивира по-бързо от азпрекалено бавно. Тези токове допринасят за ранната фаза на реполяризация (фаза 1) на потенциала на действие.

Друга форма на волтаж-зависими калиеви канали са калиеви канали с забавен токоизправител. Тези канали носят калиеви токове, които са отговорни за фазата на платото на потенциала за действие и са наречени въз основа на скоростта, с която се активират: бавно активиране азКс, бързо активиращ се азКр и изключително бързо активиране азKur. [35]

Калциеви канали Редактиране

Има два волтаж-зависими калциеви канала в сърдечния мускул: L-тип калциеви канали („L“ за дълготрайни) и T-тип калциеви канали („T“ за преходни, т.е. къси). Каналите от L-тип са по-чести и са най-гъсто населени в мембраната на t-тубулите на камерните клетки, докато Т-тип каналите се намират главно в предсърдните и пейсмейкърните клетки, но все пак в по-малка степен от L-тип каналите.

Тези канали реагират на промените в напрежението в мембраната по различен начин: каналите от L-тип се активират от по-положителни мембранни потенциали, отнемат повече време за отваряне и остават отворени по-дълго от каналите от Т-тип. Това означава, че Т-тип каналите допринасят повече за деполяризация (фаза 0), докато L-тип каналите допринасят за платото (фаза 2). [36]

Електрическата активност, която произлиза от синоатриалния възел, се разпространява чрез мрежата His-Purkinje, най-бързият проводящ път в сърцето. Електрическият сигнал преминава от синоатриалния възел (SAN), който стимулира предсърдията да се свиват, до атриовентрикуларния възел (AVN), което забавя провеждането на потенциала на действие, от предсърдията към вентрикулите. Това забавяне позволява на вентрикулите да се напълнят напълно с кръв преди свиването. След това сигналът преминава надолу през сноп от влакна, наречен сноп на His, разположен между вентрикулите, и след това към влакната на пуркине в долната част (върхът) на сърцето, причинявайки вентрикуларна контракция. Това е известно като електрическа проводима система на сърцето, вижте фигура 4.

Освен SAN, влакната AVN и purkinje също имат пейсмейкърска активност и следователно могат спонтанно да генерират потенциал за действие. Тези клетки обаче обикновено не се деполяризират спонтанно, просто защото производството на потенциал за действие в SAN е по-бързо. Това означава, че преди AVN или влакната на purkinje да достигнат праговия потенциал за потенциал на действие, те се деполяризират от настъпващия импулс от SAN [37] Това се нарича "потискане на пренапрежението". [38] Активността на пейсмейкъра на тези клетки е жизненоважна, тъй като това означава, че ако SAN се повреди, тогава сърцето може да продължи да бие, макар и с по-ниска скорост (AVN= 40-60 удара в минута, влакна на пуркине = 20- 40 удара в минута). Тези пейсмейкъри ще поддържат пациента жив до пристигането на спешния екип.

Пример за преждевременна вентрикуларна контракция е класическият атлетичен сърдечен синдром. Продължителното трениране на спортисти причинява сърдечна адаптация, при която скоростта на SAN в покой е по-ниска (понякога около 40 удара в минута). Това може да доведе до атриовентрикуларен блок, при който сигналът от SAN е нарушен по пътя си към вентрикулите. Това води до некоординирани контракции между предсърдията и вентрикулите, без правилното забавяне между тях и в тежки случаи може да доведе до внезапна смърт. [39]

Регулиране от вегетативната нервна система Редактиране

Скоростта на производство на потенциал за действие в клетките на пейсмейкъра се влияе, но не се контролира от вегетативната нервна система.

Симпатиковата нервна система (нервите, доминиращи по време на реакцията на тялото или бягството) увеличава сърдечната честота (положителна хронотропия), като намалява времето за производство на потенциал за действие в SAN. Нервите от гръбначния мозък освобождават молекула, наречена норадреналин, която се свързва и активира рецепторите на клетъчната мембрана на пейсмейкъра, наречени β1 адренорецептори. Това активира протеин, наречен Gс-протеин (и за стимулиране). Активирането на този G-протеин води до повишени нива на cAMP в клетката (чрез пътя на cAMP). cAMP се свързва с HCN каналите (виж по-горе), увеличавайки смешния ток и следователно увеличавайки скоростта на деполяризация по време на потенциала на пейсмейкъра. Увеличеният cAMP също така увеличава времето за отваряне на L-тип калциеви канали, увеличавайки Ca 2+ тока през канала, ускорявайки фаза 0. [40]

Парасимпатиковата нервна система (нервите доминират, докато тялото почива и храносмила) намалява сърдечната честота (отрицателна хронотропия), като увеличава времето, необходимо за производство на потенциал за действие в SAN. Нерв, наречен вагусов нерв, който започва в мозъка и се придвижва до синоатриалния възел, освобождава молекула, наречена ацетилхолин (ACh), която се свързва с рецептор, разположен от външната страна на клетката на пейсмейкъра, наречен M2 мускаринов рецептор. Това активира Gи-протеин (I за инхибиторен), който се състои от 3 субединици (α, β и γ), които, когато се активират, се отделят от рецептора. β и γ субединиците активират специален набор от калиеви канали, увеличавайки изтичането на калий от клетката и намалявайки мембранния потенциал, което означава, че клетките на пейсмейкъра отнемат повече време, за да достигнат своята прагова стойност. [41] Ги-протеинът също инхибира сАМР пътя, като по този начин намалява симпатиковите ефекти, причинени от гръбначните нерви. [42]


Невронни вериги, лежащи в основата на поведението на бягство в Drosophila

П. Фелан, . Дж. М. Благбърн, в Мрежови функции и пластичност, 2017 г

3.3 Някои GFS синапси коригират кръстовища

Междинните връзки са съвкупности от междуклетъчни канали, всеки от които се състои от два мултимерни полуканала. Термините хомотип и хетеротип се отнасят до канали, в които съставът на субединиците на закачените хемиканали е съответно идентичен или различен. И двата типа канали са възможни и вероятни в GFS като следствие от специфичната за клетката експресия на shakB варианти на снаждане (фиг. 2.2). shakB(неврална+16) се експресира в GF (Zhang et al., 1999 Phelan et al., 2008) и е необходимо и достатъчно, за да свърже тази клетка с GCIs в мозъка и TTMn и PSI в гръдния ганглий (Phelan et al., 2008 ). Както се изразява и в GCI shakB(неврална+16) (Zhang et al., 1999 Phelan et al., 2008), се предполага, че каналите на празнината в GF-GCI синапсите са хомотипни. Каналите в GF-TTMn (и вероятно GF-PSI) синапсите, от друга страна, се предвижда да бъдат хетеротипни, с пре- и постсинаптични хемиканали, съставени съответно от ShakB (Neural+16) и ShakB (Lethal) ( Phelan et al., 2008 Jacobs et al., 2000).

Как молекулярният състав на GFS синапсите влияе върху техните функционални свойства? Този въпрос все още не е разгледан ex vivo в дрозофила нервна система. Това би включвало директен запис на предаването в отделни синапси, което остава техническо предизвикателство при дребната плодова муха. Моделирането на синапсите в сдвоена клетъчна експресионна система обаче е поучително (Phelan et al., 2008, Фиг. 2.5). Клетъчни двойки, в които и двете клетки експресират ShakB(Neural+16), както при GF-GCI синапсите, образуват прости хомотипни канали (фиг. 2.5A, B и D), които предават токове двупосочно, свойство, което отговаря на възможната роля за GCI при синхронизиране на активността на десния и левия GFs. Клетъчни двойки, в които едната клетка експресира ShakB(Neural+16), а другата, ShakB(Lethal), имитирайки GF-TTMn синапса, образуват хетеротипни канали, които показват ректификация, т.е. те предават деполяризиращи сигнали в една посока от ShakB(Neural +16)-експресираща клетка („пресинаптичен GF“) към ShakB(летална)-експресираща клетка („постсинаптичен TTMn“). Тази еднопосочност е резултат от диференциална чувствителност на напрежението на молекулярно отделните полуканали канали, отворени, когато пресинаптичната страна е положителна спрямо постсинаптичната страна и обратно (Phelan et al., 2008, Фиг. 2.5A, B, E и F). Структурно-функционалните проучвания (Marks and Skerrett, 2014) предполагат, че N-краят на ShakB медиира стробирането на напрежението. Ректификацията при електрически синапси класически се свързва със скорост и надеждност. Феноменът е описан за първи път при рака (където GF-гигантският моторневронен синапс може да бъде записан in situ Furshpan and Potter, 1959) и е показано, че зависи от диференциалния отговор на напрежението на насочващите се хемиканали (Jaslove and Brink, 1986 Giaume et al. ., 1987). Работата в дрозофила (макар и отчасти базирани на изкуствени синапси) потвърдиха и разшириха това, като демонстрираха, че асиметричното стробиране на напрежението е подкрепено от молекулярната асиметрия (Phelan et al., 2008).

Интересно е, че както ректифициращите синапси на мухи, така и на раци също показват морфологична асиметрия под формата на един ред от големи (∼40–80 nm) юкстамембранни везикули в GF, но не и в постсинаптичния моторневрон (Hanna et al., 1978 Leitch2, 1979). Blagburn et al., 1999, Фиг. 2.3B). За разлика от тях, неизправящите се връзки в рака имат везикули от двете страни на синапса (Peracchia, 1973 Leitch, 1992). Тези везикули са ясно свързани с междинни връзки. В дрозофила, те отсъстват в shakB мутанти, които нямат електрически синапси (Blagburn et al., 1999). При раците (поне при неректифициращи септатни синапси) везикулите са закотвени към свързващата мембрана чрез нишкоподобни структури (Ohta et al., 2011). Въпреки че наличието на тези везикули е широко документирано, тяхната функция е неизвестна. Ohta et al. (2011) показват, че те експресират везикуларния нуклеотиден транспортер и спекулират, че могат да съхраняват АТФ, за който е известно, че се освобождава от несдвоени канали на инексин и панексин (Dahl and Muller, 2014). Ако е така, това ще осигури друго средство за сигнализиране между GF и неговите цели.


Определение за синапс

Синапсите или невронните връзки се отнасят до регион, който помага за конюгирането и координацията на активността при предаване на сигнал между двата съседни неврона. Той образува невронна мрежа за координиране на задачите, изпълнявани от централната нервна система и периферните ефекторни клетки. Synapse има следните елементи:

  1. Пресинаптичен терминал: Съдържа синаптични везикули, капсулирани около невротрансмитерното вещество.
  2. Синаптична цепнатина: Отнася се до 20 nm широка синаптична празнина, която разделя двата съседни неврона.
  3. Постсинаптичен терминал: Притежава рецепторни места за свързване на невротрансмитери, които могат или да инхибират, или да насърчават преминаването на нервния сигнал от една клетка към друга.

Видове синапси

Синапсът обикновено се класифицира въз основа на два атрибута, единият е прикрепването на нервните влакна, а другият е наличието на неврорецептори и невротрансмитери.

Въз основа на прикачването на неврони

  1. Аксодендритни: При този тип синаптична връзка е между окончанията на аксона на един неврон и дендритните шипове на друг неврон.
  2. Аксосоматичен: Тук се появяват синапси между терминала на аксона на едно нервно влакно със сомата или клетъчното тяло на съседен неврон.
  3. Аксоаксоничен: При този вид синапсите се появяват между крайните краища на аксона на съседните неврони.

Въз основа на типа невротрансмитери и неврорецептори в невроните

  1. Синапси на възбуждащи йонни канали: Съдържа неврорецептор под формата на натриеви йонни канали, които вливат електропозитивните натриеви йони в цитозола. Движението на натриевите йони ще деполяризира мембранния потенциал вътре в цитозола и ще генерира потенциала на действие, съответстващ на стимула.
    За провеждане на потенциал на действие стимулът трябва да достигне максималния праг. Когато потенциалът за действие достигне пресинаптичния край, той ще възбуди синаптичните везикули (с невротрансмитери като ацетилхолин, глутамат или аспартат) да се слеят с плазмената мембрана. Сливането улеснява дифузията на невротрансмитери и стимулирането на съседните неврони.
  2. Синапси на инхибиторни йонни канали: Съдържа неврорецептора под формата на хлоридни канали, които проникват в хлоридни йони в клетъчната цитоплазма. Движението на хлоридните йони ще предизвика хиперполяризация на мембранния потенциал и ще забави провеждането на потенциал на действие. Тук дифузията на невротрансмитери от пресинаптичните неврони инхибира постсинаптичните неврони. Той включва глицин или GABA като инхибиторни невротрансмитери.
  3. Неканални синапси: Те притежават неврорецептори под формата на мембранно свързани ензими, вместо йонни канали. Когато свързаните с мембраната ензими се активират от невротрансмитерите, те освобождават химическите пратеници. Важната роля на химическите месинджъри е да посредничат за дълготрайни реакции (учене и памет). Те включват невротрансмитери като ацетилхолин, епинефрин и допамин и др.

Електрически синапси

Те произвеждат нервен импулс, който може свободно пътуват между съседните клетки чрез междинни връзки, без никакви молекули носители. Електрическите синапси улесняват по-бързо провеждане на нервните сигнали.

Той не изисква невротрансмитери и може да осъществява предаването на информация двупосочно. Тук йоните се движат енергично през малките отвори между тях междинни връзки.

Движението на йони се осъществява в a синхронизиран начин, без сблъсък на йони. Пропастта между електрическите синапси е приблизително 3,5 nm. Електрическите сигнали обикновено са възбуждащ.

Разрушаването на силата на сигнала се случва, когато той пътува между съседните неврони. За да се преодолее загубата, е необходим голям пресинаптичен неврон, който да възбуди много по-малък постсинаптичен неврон.

Химически синапси

Тук предаването се осъществява чрез синаптично копче съдържащи синаптични везикули. Везикулите съхраняват химически пратеници (невротрансмитери). Сливането на везикулите освобождава невротрансмитери извън неврона.
Нервният импулс заедно с молекули носители или невротрансмитери преминават през мембраната през волтаж-зависимите калциеви канали. Отварянето на волтаж-зависими калциеви канали позволява бърз приток на калциеви йони.

В резултат на това концентрацията на калциеви йони в пресинаптичния неврон се увеличава, което в крайна сметка причинява сливане на пресинаптичните везикули с плазмената мембрана.

Това води до освобождаване на химически пратеници от неврона. Химическият синапс допълнително се класифицира на възбуждащ и инхибиторен синапс, въз основа на ефекта му върху нервния сигнал.

Възбуждащи химични синапси

То насърчава разпространението или провеждането на потенциал за действие. Свързването на невротрансмитерите с възбуждащите синапси води до отваряне на канали без напрежение.

Той позволява приток на натриеви или понякога натриеви и калиеви йони в плазмената мембрана. Отварянето на канала улеснява деполяризацията на пресинаптичната плазмена мембрана, което генерира потенциал на действие.

Инхибиторни химически синапси

То инхибира разпространението или провеждането на потенциал за действие. Свързването на невротрансмитер с инхибиторен синапс води до отваряне на калиеви и хлоридни канали. В крайна сметка това води до хиперполяризация на постсинаптичната мембрана, която спира по-нататъшното движение на потенциала за действие.

Синапсна функция

Предаването на нервен сигнал между съседните неврони не е прост процес. Нервният импулс трябва да възбуди синаптичните везикули, за да ги интегрира с мембраната на аксона. В разтваряне на синаптичните везикули осигурява разпространението на невротрансмитер молекули през екзоцитоза.

Химическите пратеници или невротрансмитери допълнително носят нервен сигнал от пресинаптичния терминал, отвъд синаптичната празнина. След това невротрансмитерите се свързват със специфичния клетъчни рецептори на постсинаптичния неврон или целевата клетка. Действието на невротрансмитера може да бъде едно от двете инхибиращ или възбуждащт.е. може или да възбуди, или да инхибира неврона, с който се свързват.

Тук можем да вземем референция за невротрансмитер с ключ и клетъчни рецептори с a ключалка. Следователно невротрансмитерът функционира като ключ, който може да отваря или затваря клетъчните рецептори. Специфичното свързване на невротрансмитер с клетъчния рецептор ще инициира по-нататъшното движение на нервния сигнал.

Заключение

Следователно можем да заключим, че синапсите служат като функционални връзки между невронната мрежа. Улеснява прехвърлянето на нервния импулс от нервния край на предсинаптичния неврон към постсинаптичния неврон. Предаването на нервния импулс обикновено се осъществява чрез електрически и химически синапси.


Въпрос: Въпрос 15: Кое от следните твърдения относно окситоцина е невярно? А. Окситоцинът е хормон, който също действа като невротрансмитер в мозъка. B. Окситоцинът е биогенен амин C. Окситоцинът участва в социалното разпознаване и свързване D. Окситоциновите рецептори се експресират от неврони в много части на мозъка Въпрос 16: Назовете 5 различни хормона.

Кое от следните твърдения относно окситоцина е невярно?

О. Окситоцинът е хормон, който действа и като невротрансмитер в мозъка.

Б. Окситоцинът е биогенен амин

C. Окситоцинът участва в социалното признание и свързване

D. Окситоциновите рецептори се експресират от неврони в много части на мозъка

Въпрос 16:

Назовете 5 различни хормона, отделяни от хипофизната жлеза (5 точки)

Въпрос 17:

Протеините, които са напълно транслирани в цитозола и нямат сигнал за сортиране, ще се озоват в ____.

В. вътрешността на ядрото.

Въпрос 18:

Как протеините пътуват от една цистерна до друга в апарата на Голджи?

А. Чрез транспортни везикули, които изпъпват от една цистерна и се сливат със следващата цистерна
Б. Чрез физически връзки между две цистерни
В. През пори в мембраните на цистерните

Г. Чрез пасивна дифузия

Въпрос 19:

Сигналът за сортиране на протеини би бил най-добре описан като:

А. кратка последователност от бази в тРНК молекула, която не е транслирана върху рибозомата.

Б. малък протеин, който се свързва с друг протеин, когато преминава през мембрана.

C. специален рецепторен протеин, който се среща на повърхността на мембраните.

D. кратка последователност от аминокиселини, разположени на N-края на протеин

Въпрос 20:

A. Място за ядрена локализация

Б. Спецификатор на ядрена локализация

C. Сигнал за ядрена локализация

D. Система за ядрена локализация

Въпрос 21:

В еукариотната клетка къде се намират повечето от протеините за веригата за транспортиране на електрони?

А. В плазмената мембрана
Б. Във вътрешната мембрана на митохондриите
C. Във външната мембрана на митохондриите
D. В ER мембраната

Въпрос 22:

В електронната транспортна верига какво осигурява основния резервоар за протони, които се изпомпват през мембраната?

Въпрос 23:

Активирането на ATP Synthase задвижва синтеза на ATP, водещ до___

Въпрос 24:

Кое от следните твърдения за клетъчния цикъл е фалшиво?

О. След като една клетка реши да влезе в клетъчния цикъл, времето от началото до края е еднакво във всички еукариотни клетки.

Б. Неблагоприятната среда може да причини арест на клетките в G1.

C. Една клетка има повече ДНК по време на G2 отколкото в G1.

D. Деленията на разцепване, които се появяват в ранен ембрион, имат къси G1 и Г2 фази

Въпрос 25:

Клетките в G0 състояние ________________.

Б. не може да влезе отново в клетъчния цикъл.

C. са влезли в това състояние на арест или от G1 или Г2.

Г. са дублирали своята ДНК.

Въпрос 26:

Основният център за организиране на микротубулите в животинските клетки е ____________.

Въпрос 27:

А. се свързва с десмозомите на епителните клетки.
Б. поддържат епителните клетки към базалната ламина

C. позволяват на йони и малки молекули да преминават от една клетка в друга.
D. свързва кадхерин с актиновия цитоскелет.

Въпрос 28:

А. четири клетки, които са генетично идентични и съдържат наполовина по-малко хромозоми от оригинала

родителска зародишна клетка.
Б. две генетично идентични дъщерни клетки.
C. две клетки, които са генетично идентични и съдържат наполовина по-малко хромозоми от оригинала

родителска зародишна клетка.
D. четири клетки, които са генетично различни и съдържат наполовина по-малко хромозоми от оригинала

Въпрос 29:

Кога настъпва рекомбинация (кросинговър)?

А. Мейоза I
Б. Мейоза II
C. Митоза S фаза
D. Митоза М фаза

Въпрос 30:

Кои връзки на епителни клетки служат за запечатване на съседни клетки заедно, така че водоразтворимите молекули да не могат лесно да изтекат между тях?

А. Дезмозоми
Б. Междинни връзки
В. Тесни кръстовища
D. Свързващи връзки

Въпрос 31:

В коя група приликите на пътищата предполагат, че сигналните молекули на предците са еволюирали за първи път?

Въпрос 32:

Кое твърдение е правилно?

A. Wnt означава Wildtype Notch Transcriptor.

Б. Сигналният път на Wnt не се запазва между животински видове.

C. Wnt сигнализирането участва в голям брой разнообразни биологични процеси.

D. Комплексът APC/GSK3/Axin директно свързва ДНК, за да регулира експресията на целевия ген


Дискусия

Основната констатация на това проучване е, че след излагане на мишките на визуална среда, обогатена с движение нагоре за продължително време непосредствено след отваряне на очите, връзките на междинните връзки между предпочитаните нагоре DSGC (V-DSGCs) се потенцират значително, докато ранното излагане на движението надолу има обратен ефект. Този резултат е тясно свързан с нивото на синхронизирана стрелба във V-DSGC по време на визуалното обучение. Промяната е дългосрочна и продължава три месеца след премахването на тренировъчния стимул. Нашите резултати показват, че връзките на празнините в ретината участват в зависима от опита пластичност по време на ранното развитие.

Номера на връзките, сила на връзката и потенциален механизъм

Резултатите, представени в този доклад, показват, че както броят на V-DSGC, свързани с празнини, така и силата на връзката се подобряват от обучение на VME нагоре, което след това води до повишено ниво на синхрон на шипове между тези клетки (Фигура 4). Въпреки това, увеличаването на дела на свързаните клетки вероятно представлява основна част от наблюдаваното подобрение на синхрона на шипове, докато усилените връзки на междинните връзки изглежда играят малко по-незначителна роля (Фигура 4B срещу 4D). Нашият MEA запис може да записва V-DSGC двойки, чиито разстояния от сома до сома варират от 50 до 500 μm. Тъй като силата на връзките на междинните връзки намалява с увеличаване на разстоянието между клетките, трябва да се обърне внимание на разпределението на разстоянието между двойки в популация от V-DSGC, когато се сравняват средните кръстосани корелации между различните популации. За да ограничим влиянието на разстоянието, ние фокусирахме голяма част от нашето сравнение на корелацията върху двойки, които са в рамките на 250 μm една от друга, като по този начин имаме значителна част от припокриващи се дендритни полета и следователно по-силно свързване. Въпреки това, дори ако сравним корелацията за двойки, които са по-далеч от 250 μm, както делът на корелираните двойки, така и силата на корелацията се влияят по подобен начин от VME обучението. Тези наблюдения предполагат, че V-DSGC във възходящата VME група са много по-склонни да се свързват с V-DSGC чрез междинни връзки, както и с по-силна сила на връзката. В рамките на ограничението, зададено от нашия метод за запис, разстоянието между двойките клетки не изглежда ограничаващ фактор за това дали обучението на VME може да повлияе на техните връзки между връзките.

Когато се прави извод за силата на връзката на междинните връзки от времевата корелация, трябва да се има предвид, че слабите връзки могат да останат неоткрити поради ограничения брой пикове, използвани в корелационния анализ. Като се има предвид това ограничение, ние предлагаме повечето V-DSGC в обхвата на контакт на техните дендрити да образуват връзки с междинни връзки. В контролната ретина, след нормално развитие, много от тези връзки на празнините са слаби или неактивни, само част от двойките V-DSGC, предимно тези, които са близо една до друга, с голямо припокриване на дендритни полета, имат достатъчно активни връзки на празнини. за показване на измерима синхронност на пика. Когато мишките са изложени на визуална среда, като тези, доминирани от движещи се надолу точки или вертикално движещи се точки от отваряне на очите, синхронизирането на активността чрез тези връзки на празнините е минимално или евентуално потиснато (Фигура 3А), докато общото ниво на активност е нормално или още по-високо (вертикални точки). Чрез механизъм, подобен на Hebbian, това може да доведе до постепенно потискане на връзките на междинните връзки, до степен, че не може да се открие измеримо свързване чрез синхрон на шипове след разработване (Фигура 2C). Обратно, при обучение с възходящо движение, корелацията на активността, медиирана от междинния възел, се повишава във всички V-DSGC за продължителен период, което води до общо повишаване на силата на връзката на междинните връзки между V-DSGC. Това се проявява като повече свързани клетки, както и по-силни връзки между тях. За двойки, които са по-далеч една от друга, с много малко припокриване на дендритни полета и които не показват измерими връзки при нормални обстоятелства, потенцираната връзка може да постави двойката в категорията „свързани“ с много ниско измерване на общата сила на връзката. Тази хипотеза разглежда ефектите върху броя на връзките и силата на връзката, които не се различават фундаментално един от друг, че потенцираната връзка естествено води до по-висок процент двойки, считани за свързани. Необходими са повече изследвания като времевия ход на промяната в връзките на празнините и експресията и локализацията на протеините на празнините по време на обучението, за да се провери дали хипотезата е вярна и да се изясни механизмът зад тази пластичност на тази зависеща от опита пропускливост по време на развитието.

Има несъответствия между нашите измервания на силата на свързване на междинните връзки (Фигура 6) и тези от предишни проучвания [23,32]. Нашите измервания са склонни да са по-слаби: в контролната ретина виждаме средно 2–3 проследяващи свързани клетки и силата на свързване варира от 0 до 0,08, със средна стойност приблизително 0,02, докато Trenholm и колегите съобщават за 5–7 свързани клетки на средно, а силата на свързване може да бъде до 0,2. Потенциалните обяснения за тези несъответствия включват адаптационното състояние на ретината [12] и разстоянието между записаните двойки. Ние адаптирахме животното към тъмното преди експерименти, за да запазим светлинния отговор, докато Trenholm и колегите адаптирахме животното към светлината, за да подобрят свързването на междинните връзки. Това и разликите в протоколите за свързване на индикатори могат да обяснят несъответствието в нашите резултати за свързване на индикатори. В допълнение, бяха използвани различни трансгенни животни: Разстоянията между нашите записани V-DSGC двойки варират от 70 до 250 μm, използвайки Cdh6-CreER × Thy1-stop-YFP животни, докато разстоянията на двойки в Hb9::eGFP ретината Trenholm и колегите записаха от изглеждат по-равномерни и много по-малки, като по този начин потенциално имат систематично по-силно свързване. В нашите експерименти записвахме както от контролната, така и от VME ретината при точно същото състояние и често в един и същи ден, използвайки едни и същи реагенти. По този начин, въпреки тези несъответствия в абсолютните стойности на силата на корелация, ние вярваме, че посоката на промяна, която наблюдавахме между VME и контролните групи, е последователна и валидна.

При по-внимателно изследване на свойствата на реакцията на V-DSGC след VME обучение, изглежда, че статистическите данни от първи ред, като абсолютни скорости на задействане и автокорелация, варират между различните групи VME (S1 таблица и S5 фигура). Отчасти това може просто да отразява вариациите в качеството на записа и шума. Независимо от това, има тенденция групите с по-висока кръстосана корелация също да имат по-високи проценти на стрелба. Нормализирахме кръстосаната корелация към продукта на числата на пиковете, така че стойността на корелацията да е независима от абсолютните нива на активност. Все още се наблюдават индуцирани от VME промени в кръстосаната корелация. По този начин промяната в корелацията не е причинена от промяната в скоростта на изстрелване. Въпросът е дали е вярно обратното, че засиленото свързване води до повишени нива на активност. Поради естеството на електрическото свързване, мрежа от неврони с подобрено хомоложно свързване между тях има потенциал да покаже повишено ниво на активност. За да се отговори окончателно на този въпрос, е необходимо по-подробно проучване с помощта на блокер на gap junction blocker или животни с нокаут на протеин на gap junction.

Защо V-DSGC, движение нагоре, а не други

Във зрителната кора пластичността, зависима от опита, придобива малко по-различна форма. Обучението за движение, използващо всяка посока на движение, може да предизвика бързо поява на DS колони за тренираната посока [33]. По същия начин, ранният опит с всяка ограничена ориентация води до прекомерно представяне на тази ориентация във V1 [34]. Изглежда няма пристрастия за невроните, които предпочитат определени посоки или ориентации да бъдат засегнати по-силно от другите, докато от резултатите в този доклад се засягат само връзките между V-DSGCs. За междинните връзки в другите подтипове ooDSGCs, те все още присъстват в началото на VME обучение, но те изчезват след отваряне на очите, със или без VME обучение. По този начин, регулираната от развитието експресия на междинни връзки в тези други ooDSGC не се влияе, само силата на връзката на междинната връзка между V-DSGCs е засегната от VME. Заслужава да се отбележи обаче, че кортикалните неврони също се различават по своята чувствителност към ранно визуално изживяване: При пор V1, DS може бързо да се индуцира от опит при движение, но селективността на ориентация (OS) показва само много по-слабо подобрение [33]. В зрителния кортекс на мишката OS е пластичен към промените, предизвикани от променено визуално изживяване, докато DS вече е зрял при отваряне на очите [34,35]. Едно очевидно обяснение за такива разлики е, че процесите на развитие на съответните невронни вериги не са напълно синхронизирани и визуалното преживяване може да окаже по-силно въздействие върху тези вериги, които се развиват с по-бавни темпове и по този начин по-пластични през по-късните етапи на развитие.

Нашите резултати демонстрират тясна корелация между нивото на корелирана активност по време на тренировка и промяната в силата на връзката между връзките. Колкото по-силна е корелацията по време на тренировка, толкова повече потенциране. Обратно, ако обучението декорира V-DSGC, тогава връзките на междинните връзки са отслабени. Това силно предполага, че корелираната активност в свързаните V-DSGC директно води до промени в връзката на междинната връзка. Директното изследване на връзките на междинните връзки във V-DSGC около отварянето на очите трябва да даде повече представа за този тип пластичност. Дори и да отговорим на въпроса „как“, остава въпросът „защо“: Защо V-DSGC е единственият подтип ooDSGC, които поддържат връзките между тях? Тези връзки могат дори да бъдат модулирани чрез визуален опит по време на ранното развитие, което предполага ниво на функционална важност. Има ли функционална или етологична причина, поради която мишките третират движението нагоре – предпочитайки ooDSGCs, или движението нагоре във визуалните входове, различно от останалите? Това е въпрос, който също заслужава внимание.

Потенциални последици

Връзките на празнините между невроните играят критична роля по време на развитието. Тези връзки са изявени преди P12 в мозъка на мишката, но намаляват след това с появата на химически синапси [36]. Предполага се, че ранните връзки между невроните могат да помогнат за установяване на план за развитие, засягащ формирането на зрелите невронни вериги [37]. Нашата работа, представена тук, е пример за това как електрическите синапси, чрез регулиране на синхронизирано изстрелване между невроните, могат да повлияят на невронните вериги, които съдържат тези синапси, потенциално също така да окажат въздействие върху химическите синапси във веригите и следователно да модулират функциите на веригата.

Електрическите синапси показват голяма пластичност и ретината на гръбначните животни е популярно място за изследването й [38,39]. В тази работа представяме друг пример за пластичност на междинните връзки. Активността чрез връзките на празнините между ooDSGC играе важна роля за предизвикване на промени във веригата ooDSGC. В същото време самите тези връзки на празнините също се потенцират или потискат от процеса. Тези промени са стабилни и дългосрочни. Ние също така тествахме дали индуцирана от VME промяна е настъпила при зрели животни и отговорът е не. За кърмещи майки, които са били поставени в една и съща среда за обучение, не е установена промяна в техните ooDSGC (S6 фиг.). Нашите резултати предполагат участието на празнината както в причината, така и в ефекта от зависимата от опита пластичност в ретината, което може да осигури нов ъгъл за изследване на невронната пластичност по време на развитието на зрителната система.


Гледай видеото: Как да оцветим автоматично клетки в Excel? Excel уроци от Аула (Юни 2022).


Коментари:

  1. Vishura

    Да също, благодаря

  2. Tevin

    It agrees, it is the excellent variant

  3. Matthan

    Мисля, че грешиш. Сигурен съм. Мога да защитя позицията си.

  4. Birr

    remarkably, the very funny phrase



Напишете съобщение