Множественность медиаторов ганглионарных симпатических и парасимпатических нейронов: суть

Множественность медиаторов ганглионарных симпатических и парасимпатических нейронов: суть явления и физиологическое значение Лекция 3

…«Прежде чем какое-либо вещество можно будет с полным правом рассматривать как медиатор, должно быть установлено, что оно удовлетворяет ряду критериев: 1) это вещество должно присутствовать в достаточных количествах в пресинаптических окончаниях, которые должны также содержать синтезирующую ферментную систему; 2) раздражение пресинаптических нервов должно приводить к высвобождению достаточных количеств этого вещества из пресинаптических окончаний; 3) действие этого вещества на постсинаптическую клетку должно быть идентично синаптическому действию…; 4) в области синаптической щели должна существовать инактивирующая это вещество ферментная система; 5) при изучении действия фармакологических препаратов … их влияние на синаптическую передачу и на постсинаптическое действие исследуемого вещества должно быть одинаковым». Дж. Экклс (1964, перевод 1966 г.) Sir John Eccles (1903-1997), winner of the Nobel Prize for Physiology or Medicine in 1963

Варикозы содержат 2 типа пузырьков (везикул): мелкие (small vesicles – диаметр около 50 нм): содержат норадреналин (ацетилхолин) и АТФ крупные (large dense-core vesicles – диаметр 70-100 нм): содержат норадреналин (ацетилхолин), АТФ и нейропептиды (NPY или ВИП) Крупные пузырьки образуются в теле нейрона (как производные аппарата Гольджи), а мелкие – в основном на периферии, путем рециклизации мембран крупных пузырьков

Prof. Geoff Burnstock Do some nerve cells release more than one transmitter? Neuroscience 1976;1(4):239-248 NA – норадреналин NPY – нейропептид Y Ach– ацетилхолин VIP– вазоактивный интестинальный пептид АТР - аденозинтрифосфат

Ко-медиаторы симпатической нейропередачи: АТФ и нейропептид Y АТФ вызывает быстрое и кратковременное сокращение сосудов Нейропептид Y вызывает медленное и длительное сокращение сосудов

Синтез катехоламинов В везикулах В цитоплазме В цитоплазме В везикулах (хромафинные клетки) Синтез АТФ происходит в основном в пресинаптическом окончании путем последовательного фосфорилирования аденозина, который поступает в клетку посредством вторично активного натрий-зависимого транспорта Синтез NPY происходит только в теле нейрона, затем пузырьки с NPY поступают в пресинаптическое окончание путем аксонного транспорта

Переносчик нуклеотидов (VNUT: vesicular nucleotide transporter) Механизмы транспорта норадреналина и АТФ из цитоплазмы пресинаптического окончания в синаптические пузырьки АТФаза вакуолярного типа (V0-ATPase) H+ pH=4-5 Переносчик моноаминов (VMAT: vesicular monoamine transporter) Норадреналин (+) АТФ (-) - - - - - + + + + + H+ Электронейтральный вторично активный антипорт Транспортирует АТФ

http://kawatelab.vet.cornell.edu/research.html Классификация пуринорецепторов На постсинаптической мембране – в основном ионотропные Р2Х1 рецепторы

Регистрация сокращения кольцевых препаратов мелких артерий в изометрическом режиме (Mulvany, Halpern, 1977) Расположение электродов для раздражения интрамуральных нервных волокон (Nilsson, 1990)

1 min Раздражение нервов (12 Гц) После десенситизации Р2Х рецепторов Sjöblom-Widfeldt N. Acta Physiol.Scand. 138 (Suppl. 587): 1-52 (1990) Исходно Force (mN) Sneddon & Burnstock Eur. J. Pharmacol. 106: 149-152 (1984) ВПСП Медленная деполяризация АТФ опосредует первую фазу нейрогенного сокращения, пуринергический компонент развивается быстрее, чем адренергический АТФ активирует ионотропные P2Х рецепторы и инициирует входящий катионный ток и повышение концентрации Са2+ в цитоплазме гладкомышечных клеток Изменение мембранного потенциала гладкомышечных клеток артерии при действии АТФ и норадреналина, секретируемых из симпатических нервов После десенситизации Р2Х рецепторов После десенситизации Р2Х рецепторов и блокады α-адренорецепторов

Сократительные ответы артерий брыжейки крысы при активации α-адренорецепторов и Р2Х рецепторов с помощью фотоактивируемых («caged») аналогов норадреналина и АТФ P3-(1-(2-нитрофенил)этил) аденозин 5'-трифосфат N-(((4,5-диметокси- 2-нитробензил)окси) -карбонил)-L-норэпинефрин caged Norepinephrine (100 мкМ) caged ATP (100 мкМ) Латентный период: около 800 мс Sjoblom-Widfeldt N., Arner A., Tarasova O., Nielsen N., Nilsson H. J Vasc Research. 1996. 33, S.2. P.38. Латентный период: всего 50-70 мс БЫСТРОЕ постсинаптическое действие АТФ

При раздражении симпатических нервов из них сначала секретируется АТФ, а затем - норадреналин Todorov et al. J Physiol 1996, 496: 731-748 (Опыт на семявыносящем протоке морской свинки) Сократительный ответ на раздражение нервов Динамика секреции норадреналина («тоническая») Динамика секреции АТФ («фазная») Существуют две разные популяции синаптических пузырьков: «богатые» АТФ и «богатые» норадреналином Высвобождение медиаторов из синаптического пузырька регулируется заполняющим пузырьки протеогликановым матриксом. Матрикс заряжен отрицательно, поэтому АТФ «вытекает» быстрее, чем норадреналин ВОЗМОЖНЫЕ МЕХАНИЗМЫ: БЫСТРАЯ секреция АТФ из симпатических окончаний

Todorov et al. TiPS 18: 263-266 (1997) В синаптической щели АТФ расщепляется нуклеотидазами: тканевыми эктонуклеотидазами (связаны с наружной поверхностью гладкомышечных и др. клеток) растворимыми (секретируются из нервов вместе с АТФ) БЫСТРОЕ Удаление АТФ из синаптической щели

Нейропептид Y = «нейропептид тирозин» Тирозин Тирозин Состоит из 36 аминокислотных остатков На периферии – два типа рецепторов: Y1 - постсинаптические Y2 - пресинаптические

-40 -60 mV -30 -60 mV 1 0 N/m 1 0 N/m NPY (0.1 mM) 2 min NA (3 mM) Мембранный потенциал Сокращение Prieto et al. J. Physiol. 502: 281-292 (1997) (Опыт на артерии брыжейки крысы) Медленная деполяризация и медленное сокращение гладкой мышцы сосуда под влиянием нейропептида Y Действует через Y1-рецепторы, в результате снижается активность аденилатциклазы

Выраженность эффектов NPY значительно больше, в том случае, если в клетках есть «фоновый» уровень активности аденилатциклазы Prieto et al., Br.J.Pharmacol. 129: 1689-1699 (2000) Опыт проводился на артерии брыжейки крысы в условиях блокады: -адренорецепторов -адренорецепторов Р2Х рецепторов Вазопрессин Форсколин (активатор аденилатциклазы) Аденилатциклаза активна В физиологических условиях аденилатциклаза может активироваться под действием адреналина (через β-адренорецепторы)

Каждый из медиаторов потенцирует действие остальных В этом опыте норадреналин усиливает сократительные ответы на АТФ Todorov et al., J.Pharmacol.Exp.Ther. 290: 241-246 (1999) (опыт на семявыносщем протоке морской свинки) NPY: «собственное» сократительное действие часто бывает и не видным, но при этом NPY увеличивает сократительные ответ при действии других медиаторов: норадреналина и АТФ

Медиаторы постганглионарных симпатических волокон и их рецепторы Ca2+ каналы пресинаптической мембраны: N, P/Q, L, R

19 Ко-медиаторы симпатической нейропередачи: АТФ и нейропептид Y АТФ вызывает быстрое и кратковременное сокращение гладкой мышцы Нейропептид Y вызывает медленное и длительное сокращение гладкой мышцы - секретируется сразу после активации нервов; - взаимодействует с ионотропными P2X рецепторами; - вызывает быстрое сокращение гладкой мышцы; - быстро гидролизуется нуклеотидазами – эффект транзиторный - секретируется при высокой частоте импульсации нервных волокон - взаимодействует с метаботропными Y1-рецепторами, что приводит к ингибированию аденилатциклазы - нет специального механизма инактивации в синаптической щели (диффузия)

Сократительные ответы семявыносящего протока на раздражение нервов Отсутствие Р2Х1-рецепторов создает проблемы с размножением (по крайне мере, у мышей)

Michalkiewicz et al. Am J Physiol Regulatory Integrative Comp Physiol V. 281: R417–R426, 2001 Comparison of changes in mean arterial blood pressure (A), heart rate (B), and plasma levels of NPY (C) after hemorrhage in NPY-tg and wild-type rats. Time “0” denotes the time after the completion of bleeding. In each rat, it took between 5 and 7 min to remove 1.3% (volume/body wt) of blood. *Statistically significant (P<0.05) difference between the genotypes in blood pressures and heart rates (by 2-way ANOVA). Plasma levels of NPY in basal condition and after hemorrhage were measured in blood samples collected from the first and the last 1.5-ml fractions of the experimental bleeding, respectively. Трансгенные крысы с гиперпродукцией NPY легче переносят кровопотерю

Множественность медиаторов постганглионарных парасимпатических волокон Основные «помощники» ацетилхолина в постганглионарных парасимпатических волокнах: вазоактивный интестинальный пептид (ВИП), оксид азота (NO), соматостатин, АТФ, опиоидные пептиды ВИП: состоит из 36 аминокислотных остатков Активирует метаботропные рецепторы, сопряженные с Gо-белком, что приводит к активации аденилатциклазы «функциональный антагонист NPY»

Основные «помощники» ацетилхолина в постганглионарных парасимпатических волокнах: вазоактивный интестинальный пептид (ВИП), оксид азота (NO), соматостатин, АТФ, опиоидные пептиды На примере регуляции слюнных желез было показано, что действие медиаторов может быть направлено к разным клеткам-мишеням АХ+ВИП АХ Расширение парасимпатического волокна Коовеносный сосуд Расширение Секреторная клетка слюнной железы Усиление секреции При высокой частоте импульсов При любой частоте импульсов АХ+ВИП АХ Соотношение секретирующихся медиаторов зависит от частоты импульсов в нервных волокнах. Крупные синаптические пузырьки, в которых содержатся пептиды, подвергаются экзоцитозу при высокой частоты импульсов в нервных волокнах Множественность медиаторов постганглионарных парасимпатических волокон

Парасимпатическое ускорение сердечного ритма: роль вазоактивного интестинального пептида Механизм действия ВИП: стимуляция аденилатциклазы Увеличение ЧСС у собаки в ответ на раздражение блуждающего нерва на фоне блокады М-холинорецепторов атропином Т.е. при высокой частоте импульсации нервных волокон влияние ВИП ограничивает тормозное действие ацетилхолина

Роль ВИП в регуляции коронарного кровотока Увеличение кровотока при стимуляции вагуса (в условиях блокады М-холинорецепторов и β-адренорецепторов) Расширение коронарных сосудов при стимуляции вагуса блокируется антагонистом рецепторов ВИП

Физиологическое значение множественности медиаторов постганглионарных волокон в автономной нервной системе (некоторые примеры) Действие разных медиаторов может быть направлено к разным клеткам органа (действие АХ и ВИП в слюнной железе) Медиаторы могут обладать однонаправленным влиянием и потенцировать влияние друг друга на постсинаптическую клетку (НА, АТФ и NPY) Медиаторы могут обладать противоположным влиянием на постсинаптическую клетку, при этом один из них (как правило, пептидной природы) может ограничивать «чрезмерные» эффекты другого (влияние комбинаций АХ+ВИП или НА+NPY в сердце) Каждый из медиаторов, действуя на пресинаптические рецепторы, может регулировать не только свою секрецию, но и секрецию других медиаторов Постсинаптические эффекты разных медиаторов могут различаться по динамике (АТФ – быстрые эффекты, NPY – медленные эффекты), в связи с этим медиаторы «используются» в различных физиологических ситуациях