Я часто вижу в учебниках по нейробиологии, как мозг контролирует все в теле с помощью различных трактов и т. д., и кажется, что информация всегда передается, как будто нет фиксированного места, в котором она хранится. Так что же происходит с самим нейроном после деполяризации и реполяризации? Зависит ли это от того, какой нейротрансмиттер его стимулировал? И немного расширяя вопрос, в чем именно разница между стимуляцией двумя разными нейротрансмиттерами? (Предположим, что нейрон имеет рецепторы для обоих, а нейротрансмиттеры относятся к возбуждающему типу).
TL;DR: Есть много способов, которыми нейрон может измениться после возникновения нервного импульса, включая приток кальция, долгосрочную потенциацию и депрессию, а также рецепторы, связанные с G-белком. Хотя это и не исчерпывающий список, я дам краткий обзор некоторых механизмов, которые я знаю лучше всего.
Вход кальция
Существуют кальциевые каналы, которые открываются в ответ на различные сигналы, будь то деполяризация напряжения (потенциальнозависимые кальциевые каналы ), нейромедиатор ацетилхолин ( никотиновый рецептор ) или как деполяризация, так и связывание нейротрансмиттера ( рецептор NMDA ). Вне клетки кальция гораздо больше, чем внутри клетки. Оказавшись внутри клетки, кальций связывается с EF-руками в различных кальций-связывающих ферментах, таких как кальмодулин.. Когда кальций связывается с EF-руками белка кальмолулина, он активируется и оттуда может взаимодействовать с другими ферментами, ответственными за клеточную передачу сигналов, и эффекты могут быть весьма разнообразными в зависимости от того, за что отвечает нейрон, и конкретного сигнального каскада, который он запускает. выключенный.
LTP/LTD Я сосредоточусь на рецепторе NMDA (возбуждающий рецептор глутамата/глицина) в области CA1 в гиппокампе. LTP (или долгосрочная потенциация) происходит, когда синапс (связь между нейронами) становится сильнее, что означает, что постсинаптические нейроны отвечают на тот же стимул от пресинаптического нейрона сильнее после того, как LTP произошел. LTD (или длительная депрессия) - это противоположный эффект, когда реакция нейрона на тот же стимул слабее после LTD.
Весь процесс LTP зависит от поступления кальция через канал рецептора NMDA. Когда и глутамат, и глицин высвобождаются пресинаптически, они открывают канал, позволяя ионам кальция поступать в клетку. Однако, если напряжение в постсинаптической мембране слишком низкое, магний застрянет в канале, блокируя кальций (и другие ионы тоже!). Если нейрон ранее был стимулирован и деполяризован другой системой нейромедиаторов/рецепторов, такой как AMPA, напряжение будет достаточно положительным, чтобы вытолкнуть магний с места и позволить кальцию проникнуть в клетку.
Как только кальций попадает в клетку, он связывается с кальмодулином, который затем связывается с CaMKII (ферментом, активируемым комплексом кальций/кальмодулин). Это вызовет длинный и сложный сигнальный каскад, в результате которого AMPA (другой возбуждающий рецептор глутамата в постсинаптической области) будет фосфорилирован, что сделает его более активным. Кроме того, сигнальный каскад может вызывать увеличение образования AMPA-рецепторов и их последующую вставку в постсинаптическую мембрану. Это, конечно, приводит к LTP.
Многие правила в биологии быстро находят исключения и оговорки к хорошим эмпирическим правилам (на самом деле я узнал о некоторых, просто подготовив этот ответ!) LTD (длительная депрессия) также может возникать в гиппокампе и зависит от притока кальция! Как это ни парадоксально, существует отрицательная обратная связь, зависящая от уровня ионов кальция внутри нейрона, так что сильные пресинаптические стимулы вызывают LTP (потенциацию), а более слабые (низкочастотные) стимулы вызывают LTD (депрессию) и редко или прерывистые стимулы не вызывают никакой реакции. (см. это и это для справки).
Рецепторы, связанные с G-белком
Рецепторы, связанные с G-белком , представляют собой скорее общее семейство белков, чем конкретный пример. Это метаботропные рецепторы (то есть они не пропускают через себя ионы). Скорее, когда они связаны, они высвобождают G-белок, который, как и кальмодулин, связывается с другими ферментами и активирует их, позволяя им выполнять свою работу. Они могут реагировать на множество различных нейротрансмиттеров (или, в более общем смысле, на лиганды) и могут выполнять множество различных задач в зависимости от того, какой тип G-белка они выделяют.
В качестве примера я приведу мускариновый (М2) рецептор ацетилхолина. Этот рецептор находится в сердце и реагирует на высвобождение ацетилхолина из блуждающего нерва. Когда GCPR связывается с ацетилхолином, он высвобождает свой G. ед. и связывается с калиевыми ионными каналами в сердце. Это вызывает отток ионов калия наружу, тем самым снижая напряжение (гиперполяризуя сердечную клетку).
Кроме того, G-связанные белки могут даже вызывать изменения их количества в мембране (т.е. они являются саморегулирующимися). Они продуцируются внутренними сигнальными каскадами и считаются причиной толерантности к лекарствам. Возьмем, к примеру, -опиоидный рецептор (активируется морфином, героином и другими подобными соединениями). Эти препараты будут вызывать изменения в том, насколько хорошо белок реагирует на морфин, и при достаточном воздействии клетка фактически заберет рецептор обратно в тело клетки и, таким образом, от мембраны в процессе, называемом эндоцитозом . (источник здесь )
Обзоры литературы, которые стоит прочитать, включают (все в открытом доступе):
Даниэль Мариано