БИОЛОГИЧЕСКИЕ МЕМБРАНЫ, 2011, том 28, № 6, с. 436-445
= ОБЗОРЫ =
УДК 612.816:612.822.2
РЕЦЕПТОРЫ ПРЕСИНАПТИЧЕСКИХ НЕРВНЫХ ОКОНЧАНИЙ, УЧАСТВУЮЩИЕ В РЕГУЛЯЦИИ КИНЕТИКИ СЕКРЕЦИИ КВАНТОВ НЕЙРОМЕДИАТОРА © 2011 г. Д. В. Самигуллин1, В. Ф. Хузахметова1, А. Н. Ценцевицкий1 , Э. А. Бухараева1, 2*
Учреждение Российской академии наук Казанский институт биохимии и биофизики Казанского научного центра РАН, ул. Лобачевского, д. 2/31, Казань 420111; *электронная почта: ellyab@mail.ru 2Казанский государственный медицинский университет, ул. Бутлерова, д. 49, Казань 410012
Поступила в редакцию 27.05.2011 г.
На пресинаптических нервных окончаниях в химических синапсах центральной и периферической нервной системы существуют рецепторы, как к основному медиатору, так и к совместно освобождающимся с ним комедиаторам. Физиологическая роль и механизмы функционирования этих рецепторов до конца не выяснены. Считается, что они обеспечивают обратную отрицательную или положительную связь, снижая или увеличивая количество квантов нейромедиатора, освобождающихся в ответ на нервный импульс, и таким образом участвуют в регуляции синаптической передачи. Вместе с тем, имеется еще один способ модуляции секреторного процесса, связанный с изменением временных параметров выделения квантов медиатора и вносящий вклад в обеспечение эффективности синаптической передачи. Какова роль пресинаптических рецепторов в регуляции кинетики выделения квантов — один из интересных и обсуждаемых вопросов современной нейрофизиологии. В настоящем обзоре представлены результаты исследований, проведенных на нервно-мышечных синапсах позвоночных, свидетельствующие о вкладе пресинаптических рецепторов разной природы в регуляцию временных параметров квантовой секреции. Показано, что активация хо-линергических рецепторов никотинового типа приводит к снижению амплитуды постсинаптиче-ского ответа не только за счет снижения числа освободившихся квантов, но и из-за повышения степени несинхронности их выделения. Напротив, облегчающее действие катехоламинов в нервно-мышечном синапсе обусловлено активацией пресинаптических в1-адренорецепторов, вызывающей синхронизацию выделения квантов и, как следствие, повышение амплитуды постсинаптиче-ского ответа. Пресинаптические пуриновые рецепторы, которые участвуют в модуляции секреторного процесса, также способны изменять временные параметры освобождения квантов, а активация рианодиновых рецепторов вызывает повышение количества асинхронно выделившихся квантов, обусловливающих появление фазы задержанного асинхронного освобождения квантов нейромедиатора.
Ключевые слова: синаптическая передача, пресинаптические рецепторы, квантовое выделение медиатора, кинетика освобождения квантов нейромедиатора.
В ходе многочисленных исследований установлено, что в синапсах центральной и периферической нервной системы на пресинаптических нервных окончаниях существуют различные рецепторы, способные взаимодействовать с выделяющимся нейромедиатором и сопутствующими комедиаторами (см. обзоры [1—4]). Физиологическое значение и механизмы функционирования этих рецепторов до конца не выяснены. Как правило, они участвуют в реализации отрицательной или положительной обратной связи, обеспечивающей регуляцию процесса освобождения медиатора (см. обзоры [5—8]). Нервно-мышечные синапсы позвоночных содержат пресинаптические ауторецепторы к основному медиатору — ацетил-холину, активация которых никотиновыми аго-нистами уменьшает количество освобождающих-
ся в ответ на нервный импульс квантов медиатора [9]. Это приводит к снижению амплитуды постси-наптического ответа мышечного волокна и, тем самым, к нарушению синаптического проведения возбуждения [10]. Аналогичным эффектом обладает АТР, выделяющаяся совместно с ацетил-холином из нервного окончания [11], и продукт ее распада аденозин, взаимодействующие с инги-бирующими пуриновыми рецепторами разных подтипов на пресинаптической мембране [12]. Напротив, катехоламины, активирующие адре-нергические рецепторы, способны облегчать си-наптическую передачу, вызывая увеличение амплитуды постсинаптического ответа [13, 14].
Однако, согласно современным представлениям о работе синаптического аппарата, модуляция синаптической передачи на пресинаптиче-
Синаптическая задержка
0.1 мВ
0.5 мс
С 6 К Т
л 4
5 4
6
и
ц 5 2
2
Время, мс
200
100
24 Время, мс
1,11,■!,■
0.5
1.0 Время, мс
1.5
2.0
Рис. 1 Проявления несинхронности фазного освобождения квантов в ответ на нервный импульс. а — Флуктуации истинных синаптических задержек одноквантовых токов концевой пластинки, зарегистрированных внеклеточно в отдельном участке синаптического контакта лягушки в условиях сниженной вероятности секреции при уменьшенном содержании ионов кальция во внеклеточной среде. Суперпозиция 10 произвольно выбранных сигналов. б — Гистограмма распределения истинных синаптических задержек 270 одноквантовых токов концевой пластинки, представленных в части а. Величина бина 50 мкс. в — Многоквантовый ток концевой пластинки, зарегистрированный в условиях фиксации мембранного потенциала, от всего синапса лягушки при полноценном квантовом составе; на врезке усредненный миниатюрный ток концевой пластинки, зарегистрированный в этом же синапсе. г — Гистограмма распределения латентных периодов одноквантовых токов концевой пластинки, формирующих полноквантовый ответ, представленный в части в, полученная при использовании метода последовательного вычитания. Величина бина 100 мкс.
а
8
0
6
0
г
0
1
3
0
ском уровне может осуществляться не только за счет изменения числа освобождающихся квантов медиатора и/или размера отдельного кванта (см. обзоры [5, 15]). Еще один важный фактор обеспечения пластичности синаптической передачи — кинетика (или временной ход) процесса освобождения квантов [16, 17]. Фазное (или, как его часто называют, синхронное) освобождение нескольких десятков или сотен (в синапсах холоднокровных) квантов нейромедиатора в ответ на стимуляцию двигательного нерва в действительности не происходит абсолютно синхронно вследствие вероятностной природы секреторного процесса [18, 19]. Несинхронность секреции квантов проявляется в флуктуациях латентных периодов, с которыми выделяются кванты после развития пресинаптического потенциала действия (рис. 1), и вносит вклад в формирование амплитудно-временных характеристик постси-
наптического ответа [20, 21]. Чем более несинхронно выделяются кванты, т.е, чем больше разброс латентных периодов выделения отдельных квантов, тем ниже амплитуда интегрального постсинаптического ответа и более затянуты временные параметры его нарастания и спада, тогда как синхронизация освобождения квантов вызывает повышение амплитуды ответа независимо от количества выделившихся квантов [22, 23]. В ходе ритмической активности синапса, характерной для его работы in vivo, создаются условия для накопления эндогенного медиатора (в случае нервно-мышечного синапса — это ацетилхолин) и других физиологически активных соединений, которые могут модулировать процесс освобождения, влияя на пресинаптические рецепторы. В связи с этим возникает вопрос: принимают ли участие рецепторы пресинаптических нервных окончаний в регуляции секреторного процесса,
и, в конечном итоге, в модуляции синаптической пластичности посредством изменения кинетики выделения квантов в ответ на нервный импульс?
Для ответа на этот вопрос проведены исследования на нервно-мышечных синапсах холоднокровных и теплокровных, в которых выяснялось участие пресинаптических холинергических, ад-ренергических, пуринергических и рианодино-вых рецепторов в модуляции временных параметров освобождения квантов медиатора.
Прямым методом оценки кинетики секреции квантов как в периферических, так и в центральных синапсах является анализ гистограмм распределения истинных синаптических задержек, с которыми выделяются отдельные кванты медиатора в ограниченном участке нервного окончания [18, 19]. Истинные синаптические задержки измеряют при внеклеточной микроэлектродной регистрации как временной интервал между пиком натриевой компоненты пресинаптического тока действия и началом тока одноквантового ответа постсинаптической клетки в условиях сниженной вероятности секреции (рис. 1а, б). Для анализа временных параметров освобождения квантов нейромедиатора, участвующих в генерации полноквантового постсинаптического ответа от всего синапса в условиях, приближенных к физиологическим, сопоставляют зарегистрированные электрофизиологическими методами в одной клетке полноквантовые и одноквантовые постсинапти-ческие сигналы. С помощью различных математических методов из этих сигналов получают кривые временного хода секреции, описывающие распределение во времени моментов выделения отдельных квантов, входящих в состав многоквантового сигнала [24—26]. В нашей лаборатории для определения временных параметров секреции квантов в синаптических контактах лягушки и мыши при полноценном квантовом выбросе был разработан и используется метод последовательного вычитания. В его основе лежит процедура пошагового вычитания из многоквантового тока концевой пластинки усредненного одно-квантового сигнала с последовательным сдвигом его по оси времени с шагом, равным величине дискретизации [27]. После применения процедуры вычитания получается гистограмма латентных периодов одноквантовых ответов, формирующих многоквантовый сигнал, при этом количество латентных периодов соответствует квантовому составу или числу выделившихся квантов (рис. 1в, г). Участие различных типов пресинаптических рецепторов в модуляции временных параметров секреции в нервно-мышечных синапсах лягушки и мыши изучено с использованием обоих методов: прямого анализа истинных синаптических задержек одноквантовых ответов и метода последовательного вычитания для многоквантовых сигналов.
1. ХОЛИНЕРГИЧЕСКИЕ РЕЦЕПТОРЫ
В холинергических синапсах, где ацетилхолин является основным медиатором, переносящим информацию от пресинаптической клетки к постсинаптической, на нервных окончаниях могут находиться как ионотропные никотиновые, так и метаботропные мускариновые р
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.