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; Sir John Eccles (1903 -1997), winner of the Nobel Prize for Physiology or Medicine in 1963 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. )

Варикозы содержат 2 типа пузырьков (везикул): Øмелкие (small vesicles – диаметр около 50 нм): содержат норадреналин (ацетилхолин) и АТФ Øкрупные (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 Цитоплазма Шванновской клетки Мелкие синаптические пузырьки Внесинаптические рецепторы Расширение симпатического волокна Крупные синаптические пузырьки Базальная мембрана Клетка органа-мишени Синаптические рецепторы

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

Механизмы транспорта норадреналина и АТФ из цитоплазмы пресинаптического окончания в синаптические пузырьки АТФаза вакуолярного типа (V 0 -ATPase) H+ АТФ (-) Норадреналин (+) Переносчик моноаминов (VMAT: vesicular monoamine transporter) Электронейтральный вторично активный антипорт - H+ p. H=4 -5 + - Переносчик нуклеотидов (VNUT: vesicular nucleotide transporter) + + + - - Транспортирует АТФ

Классификация пуринорецепторов На постсинаптической мембране – в основном ионотропные Р 2 Х 1 рецепторы Аденозин – АМФ – АДФ - АТФ P 1 P 2 http: //kawatelab. vet. cornell. edu/research. html

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

АТФ опосредует первую фазу нейрогенного сокращения, пуринергический компонент развивается быстрее, чем адренергический После десенситизации Р 2 Х рецепторов Исходно Force (m. N) Раздражение нервов (12 Гц) 1 min Sjöblom-Widfeldt N. Acta Physiol. Scand. 138 (Suppl. 587): 1 -52 (1990) Изменение мембранного потенциала гладкомышечных клеток артерии при действии АТФ и норадреналина, секретируемых из симпатических нервов ВПСП Медленная деполяризация После десенситизации Р 2 Х рецепторов АТФ активирует ионотропные P 2 Х рецепторы и инициирует входящий катионный ток и повышение концентрации Са 2+ в цитоплазме гладкомышечных клеток После десенситизации Р 2 Х рецепторов и блокады α-адренорецепторов Sneddon & Burnstock Eur. J. Pharmacol. 106: 149 -152 (1984)

БЫСТРОЕ постсинаптическое действие АТФ Сократительные ответы артерий брыжейки крысы при активации α-адренорецепторов и Р 2 Х рецепторов с помощью фотоактивируемых ( «caged» ) аналогов норадреналина и АТФ caged Norepinephrine (100 мк. М) N-(((4, 5 -диметокси 2 -нитробензил)окси) -карбонил)-L-норэпинефрин P 3 -(1 -(2 -нитрофенил)этил) аденозин 5'-трифосфат Латентный период: около 800 мс caged ATP (100 мк. М) Латентный период: всего 50 -70 мс Sjoblom-Widfeldt N. , Arner A. , Tarasova O. , Nielsen N. , Nilsson H. J Vasc Research. 1996. 33, S. 2. P. 38.

БЫСТРАЯ секреция АТФ из симпатических окончаний При раздражении симпатических нервов из них сначала секретируется АТФ, а затем - норадреналин ВОЗМОЖНЫЕ МЕХАНИЗМЫ: ? 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 Сократительный ответ на раздражение нервов Динамика секреции АТФ ( «фазная» ) Динамика секреции норадреналина ( «тоническая» ) Todorov et al. J Physiol 1996, 496: 731 -748 (Опыт на семявыносящем протоке морской свинки)

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

Нейропептид Y = «нейропептид тирозин» Тирозин Состоит из 36 аминокислотных остатков На периферии – два типа рецепторов: Y 1 - постсинаптические Y 2 - пресинаптические

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

Выраженность эффектов NPY значительно больше, в том случае, если в клетках есть «фоновый» уровень активности аденилатциклазы Аденилатциклаза активна Аденилатциклаза неактивна Блокатор Y 1 -рецепторов (блокатор Y 1 рецепторов) Опыт проводился на артерии брыжейки крысы в условиях блокады: -адренорецепторов Р 2 Х рецепторов Prieto et al. , Br. J. Pharmacol. 129: 1689 -1699 (2000) Вазопрессин Форсколин (активатор аденилатциклазы) 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 NPY: «собственное» сократительное действие часто бывает и не видным, но при этом NPY увеличивает сократительные ответ при действии других медиаторов: норадреналина и АТФ Todorov et al. , J. Pharmacol. Exp. Ther. 290: 241 -246 (1999) (опыт на семявыносщем протоке морской свинки)

Медиаторы постганглионарных симпатических волокон и их рецепторы Ca 2+ каналы пресинаптической мембраны: N, P/Q, L, R

Ко-медиаторы симпатической нейропередачи: АТФ и нейропептид Y АТФ вызывает быстрое и кратковременное сокращение гладкой мышцы - секретируется сразу после активации нервов; - взаимодействует с ионотропными P 2 X рецепторами; - вызывает быстрое сокращение гладкой мышцы; - быстро гидролизуется нуклеотидазами – эффект транзиторный Нейропептид Y вызывает медленное и длительное сокращение гладкой мышцы - секретируется при высокой частоте импульсации нервных волокон - взаимодействует с метаботропными Y 1 -рецепторами, что приводит к ингибированию аденилатциклазы 19 - нет специального механизма инактивации в синаптической щели (диффузия)

Отсутствие Р 2 Х 1 -рецепторов создает проблемы с размножением (по крайне мере, у мышей) Сократительные ответы семявыносящего протока на раздражение нервов

Трансгенные крысы с гиперпродукцией NPY легче переносят кровопотерю 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. Michalkiewicz et al. Am J Physiol Regulatory Integrative Comp Physiol V. 281: R 417–R 426, 2001

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»

Множественность медиаторов постганглионарных парасимпатических волокон 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 клеткаммишеням Расширение парасимпатического волокна АХ АХ+ВИП При любой частоте импульсов АХ АХ+ВИП 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 При высокой частоте импульсов Расширение Коовеносный сосуд Усиление секреции Секреторная клетка слюнной железы

Парасимпатическое ускорение сердечного ритма: роль вазоактивного интестинального пептида Увеличение ЧСС у собаки в ответ на раздражение блуждающего нерва на фоне блокады М-холинорецепторов атропином Механизм действия ВИП: стимуляция аденилатциклазы 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) Ø Действие разных медиаторов может быть направлено к разным клеткам органа (действие АХ и ВИП в слюнной железе) Ø Медиаторы могут обладать однонаправленным влиянием и потенцировать влияние друга на постсинаптическую клетку (НА, АТФ и NPY) Ø 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) Ø Каждый из медиаторов, действуя на пресинаптические рецепторы, может регулировать не только свою секрецию, но и секрецию других медиаторов Ø Постсинаптические эффекты разных медиаторов могут различаться по динамике (АТФ – быстрые эффекты, NPY – медленные эффекты), в связи с этим медиаторы «используются» в различных физиологических ситуациях