Молекулярная нейробиология Лекция 7 Выброс нейротрансмиттеров и его

Молекулярная нейробиология Лекция 7 Выброс нейротрансмиттеров и его регуляция И. А. Гривенников Институт молекулярной генетики РАН

Выброс нейротрансмиттеров осуществляется в нервных окончаниях. Нейротрансмиттеры хранятся в синаптических везикулах (диаметр около 40 нм). В более крупных везикулах (около 100 -200 нм) находятся в основном пептиды.

Ферменты, осуществляющие синтез нейротрансмиттеров, синтезируются в теле клетки и транспортируются в нервные окончания. Регуляторные пептиды также синтезируются в теле клетки и транспортируются в виде «больших» везикул с помощью быстрого аксонального транспорта.

Синаптические везикулы в нервном окончании расположены упорядоченным образом в определенных участках окончания, так называемых активных зонах.

Секреторные везикулы (пептиды) Синаптические везикулы Синаптическая щель «открытие» везикулы -Выброс нейротрансмиттера Нервно-мышечное окончание и выброс нейротрансмиттеров (электронная микрофотография).

Эффект тормозных нейротрансмиттеров на синаптическую передачу

Выброс нейротрансмиттеров регулируется ионами кальция Кальциевые ионные каналы расположены в основном в синаптическом окончании Концентрация кальция вне клетки – 1 -2 м. М внутри клетки – 100 н. М

Кальций в синаптическом окончании Постсинаптический нейрон

Разные типы стимуляции нервных окончаний приводят к выбросу как малых синаптических пузырьков (1) так и малых и больших (2) 1 2

Синаптическое окончание, выброс нейротрансмиттеров

Экзоцитоз и эндоцитоз в нервном окончании

Процессы транспорта, экзоцитоза и эндоцитозафундаментальная основа нормального функционирования эукариотической клетки Нобелевскую премию по медицине и физиологии в 2013 года получили Джеймс Ротман (James E. Rothman), Рэнди Шекман (Randy W. Schekman)и Томас Зюдхоф (Thomas C. Südhof )за «исследование механизмов, регулирующих везикулярный транспорт (перенос веществ внутри мембранных пузырьков)» .

Принцип транспорта нейротрансмиттеров в синаптические везикулы Специфический везикулярный транспортер нейротрансмиттера Концентрация нейротрансмиттера внутри может достигать 400 м. М

Сравнительные структуры дофаминового рецептора и дофаминового транспортера (транспорт дофамина в синаптические везикулы)

Свойства транспортеров для «аминов» NET Механизм DAT VMAT-2 Na. Cl 12 12 12 Количество а. о. 617 620 742 Локализация на Хромосоме 16 5 Трансмембранные Домены Блокаторы низоксетин дезипрамин GBR 12909 H+ 10 резерпин тетрабензамин NET – транспортер норадреналина (транспорт в нервное окончание) DAT – транспортер дофамина (транспорт в нервное окончание) VMAT-2 – мембранный транспортер везикул

Разная судьба нейротрансмиттеров в синаптической щели

Характеристика норадренергического нейрона

Характеристика серотонинергического нейрона

Характеристика ацетилхолинергического нейрона

Структура гена ацетилхолинэстеразы

Структура активного центра ацетилхолинэстеразы

Характеристика ГАМК-ергического нейрона

Устройство глутаматергического нейрона и судьба глутамата в синаптической щели

Жизненный цикл синаптических везикул 1. Захват нейротрансмиттера (НТ) 2. Синтез новых молекул НТ 3. Доставка везикул с помощью антероградного 4. транспорта по микротрубочкам. 4. Создание протонного градиента в везикулах 5. Транспорт НТ в везикулы 6. «заякоревание» везикул с помощью синапсина 7. на микрофиламентах. 7. Доставка везикул с НТ в «активные зоны» 8. Деполяризация нервного окончания. 9. Открытие кальциевых каналов и создание 10. градиента кальция в активных зонах. 10. Слияние везикул и квантовый выброс НТ 11. Утечка НТ через мембрану. 12. Восстановление везикулярной мембраны за 13. счет зависимого от динамина эндоцитоза покры 14. клатрином везикул. 13. Слияние покрытых клатрином везикул с эндосомами. 14. Формирование синаптических везикул из 15. эндосом

Выброс нейротрансмиттера в нервно-мышечном окончании

Выброс нейротрансмиттеров Синаптические везикулы транспортируются в нервное окончание из тела клетки и в нервном окончании заполняются нейротрансмиттерами Выброс нейротрансмиттеров осуществляется квантами: 1 квант – 1 везикула Везикулы в пресинапсе закреплены в «активных зонах» Выброс нейротрансмиттера стимулируется ионами Са. Кальциевые каналы локализованы в «активных зонах» Слияние 1 везикулы происходит за 1 миллисекунду и приводит к выбросу до 5000 молекул нейротрансмиттера Нейротрансмиттер быстро диффундирует к постсинаптической мембране (2 микросек). Его концентрация у рецепторов постсинаптической мембраны может достигать 1 м. М

Микродомены с высокой концентрацией Ионов кальция в цитозоле после открытия кальциевых каналов. Синие шарики –синаптические везикулы

Упрощенная схема выброса нейротрансмиттеров Процесс экзоцитоза занимает примерно 200 микросекунд.

Белки синаптических везикул 1. Протонная АТФ-аза 2. Транспортер для НТ 3. Синапсин- связывает везикулы с микрофиламентами 4. VAMP/синаптобревин –компонент SNARE-комплекса. Вовлечен в поздние стадии слияния. 5. Синаптотагмин- кальций связывающий белок. По видимому является триггером процесса экзоцитоза. Связывается с SNAREкомплексом. 6. Rab 3 – по видимому вовлечен в процесс доставки везикул.

Структура SNARE-комплекс: синаптобревин, синтаксин, SNAP-25 (белок ассоциированный с синаптосомами с м. м. 25 к. Д)

Синапсин и синаптические везикулы Рисунок демонстрирует связывание синаптических везикул с актиновыми микрофиламентами с помощью синапсина.

«Тонкая» структура активной зоны нервно-мышечного окончания