흥분성 시냅스

Excitatory synapse
전형적인 중추신경계 시냅스 도표입니다.상부 뉴런에 위치한 구에는 시냅스 전막과 융합하여 시냅스 균열로 신경전달물질을 방출하는 신경전달물질이 포함되어 있습니다.이들 신경전달물질은 하부 뉴런의 시냅스 후막에 위치한 수용체에 결합하고, 흥분성 시냅스의 경우 시냅스 후 세포의 탈분극으로 이어질 수 있다.

흥분성 시냅스는 시냅스 전 뉴런의 활동전위가 시냅스 후 세포에서 활동전위가 발생할 확률을 높이는 시냅스이다.뉴런은 신경 자극이 이동하는 네트워크를 형성하고, 각각의 뉴런은 종종 다른 세포와 수많은 연결을 맺습니다.이러한 전기적 신호는 흥분성 또는 억제성일 수 있으며, 만약 흥분성 영향의 합계가 억제성 영향의 합계를 초과한다면, 뉴런은 축삭 언덕에서 새로운 활동 전위를 생성하고, 따라서 정보를 또 다른 [1]세포로 전달합니다.

이 현상은 흥분성 시냅스 후 전위(EPSP)로 알려져 있습니다.전기적 시냅스와 같이 세포 간의 직접 접촉(즉, 간극 접합을 통해)에 의해 발생할 수 있지만, 가장 일반적으로 화학 시냅스 [2]전 축삭 말단에서 시냅스 균열로 신경 전달 물질의 소포 방출에 의해 발생한다.

가장 일반적인 자극성 신경전달물질은 글루탐산염이며, 그 후 확산을 통해 시냅스 후 뉴런의 수상돌기로 이동하고 세포의 [1]탈분극을 유발하는 특정 막 통과 수용체 단백질과 결합합니다.뉴런의 휴지막 전위로부터 역치 전위로의 편차인 탈분극은 활동 전위의 가능성을 증가시키고 일반적으로 신경 전달 물질 결합에 의해 활성화된 이온 채널을 통해 양전하 나트륨 이온이+ 시냅스 후 세포로 유입되면서 발생합니다.

화학적 시냅스와 전기적 시냅스

화학적 시냅스의 기능을 보여주는 애니메이션.
인간의 뇌에는 화학과 전기라는 두 가지 다른 종류의 시냅스가 존재한다.화학적 시냅스는 단연코 가장 널리 퍼져있고 흥분성 시냅스에 관여하는 주요 주체이다.전기 시냅스, 즉 소수는 [3]갭 접합이라고 불리는 특별한 세포간 연결을 통해 직접적이고 수동적인 전류 흐름을 허용합니다.이러한 갭 접합을 통해 뉴런 간 이온의 직접 수동 흐름을 통해 전기 신호를 사실상 순간적으로 전송할 수 있습니다(양방향 전송이 가능합니다).전기적 시냅스의 주요 목표는 [3]뉴런 집단 간의 전기적 활동을 동기화하는 것이다.첫 번째 전기적 시냅스는 가재의 [3]신경계에서 발견되었다.
화학적 시냅스 전달은 시냅스 전 축삭에서 시냅스 후 수상돌기로 [3]신경전달물질 또는 신경펩타이드가 전달되는 것이다.전기적 시냅스와는 달리, 화학적 시냅스는 일반적으로 15에서 25 nm 사이의 시냅스 균열이라고 불리는 공간에 의해 분리된다.들뜸 신호의 전송에는 아래에 설명된 몇 가지 단계가 포함됩니다.

시냅스 전송

  1. 화학적 시냅스 전달에 관여하는 뉴런에서, 신경전달물질은 합성되는 신경전달물질의 유형과 그 합성에 관여하는 효소의 위치에 따라, 신경세포체 또는 시냅스 전 말단 내에서 합성된다.이 신경전달물질들은 칼슘에 영향을 받은 단백질에 의해 막 근처에 결합되어 있는 시냅스 소포에 저장됩니다.
  2. 화학적 시냅스 전달 과정을 유발하기 위해 상류 활동은 시냅스 전 말단을 침범하는 활동 전위를 일으킨다.
  3. 이 탈분극 전류는 시냅스 전 말단에 도달하고, 그것이 일으키는 막 탈분극은 시냅스 전 막에 존재하는 전압 게이트 칼슘 채널의 개방을 시작합니다.
  4. 참여하는 두 뉴런 사이의 시냅스 균열(시냅스 전 및 시냅스 후)에는 높은 칼슘 농도가 있습니다.시냅스 균열과 시냅스 전 말단 내부 사이의 칼슘 농도 차이는 이러한 전압 게이트 칼슘 채널을 열 때 칼슘을 시냅스 전 말단으로 구동하는 강력한 농도 구배를 형성합니다.시냅스 전 말단으로의 칼슘 유입은 신경전달물질 방출을 위해 필요하다.
  5. 시냅스 전 말단에 들어간 후, 칼슘은 시냅스 소포의 막에 위치한 시냅토타그민이라고 불리는 단백질을 결합시킵니다.이 단백질은 SNARE라고 불리는 다른 단백질과 상호작용하여 시냅스 전막과 소포 융합을 유도합니다.이 소포 융합의 결과로, 시냅스 소포에 포장되어 있던 신경전달물질은 시냅스 안으로 방출되어 시냅스 틈으로 확산됩니다.
  6. 이 신경전달물질들은 시냅스 후 세포막의 다양한 수용체와 결합한다.신경전달물질 결합에 반응하여, 이러한 시냅스 후 수용체는 직접적으로 또는 G-단백질 신호 경로를 통해 간접적으로 막 통과 채널 서브유닛을 열 수 있는 입체구조 변화를 겪을 수 있다.이러한 채널의 선택적 투과성은 특정 이온이 전기화학적 구배를 따라 이동할 수 있도록 하며, 흥분성 또는 억제 반응을 결정하는 시냅스 후 막을 가로질러 전류를 유도합니다.

[3]

시냅스 후 뉴런의 반응

신경 전달 물질이 흥분성 시냅스의 시냅스 후 뉴런에 도달하면, 이 분자들은 시냅스 [2]후 세포 골격의 단백질이 풍부한 부분에 모여 있는 두 가지 가능한 수용체에 결합할 수 있습니다.리간드 게이트 이온 채널이라고도 하는 이온 자극성 수용체는 이온 채널로 작용하며 신경 전달 물질의 결합 후 직접 열릴 수 있는 막 통과 도메인을 포함합니다.G-단백질 결합 수용체라고도 불리는 메타트로픽 수용체는 G 단백질이라고 불리는 분자의 세포 내 신호를 통해 이온 채널에 작용합니다.이들 채널 각각은 특정 반전전위 E를rev 가지며, 전체 막전위를 이 [3]반전전위로 하기 위해 각 수용체는 세포내 또는 세포외로 흐르는 특정 이온에 선택적으로 투과할 수 있다.신경전달물질이 시냅스 후 뉴런의 역치 전위보다 높은 반전 전위를 가진 수용체에 결합하면 시냅스 후 세포는 활동 전위를 생성할 가능성이 높아지며 흥분성 시냅스 후 전위가 발생한다(EPSP).한편 신경전달물질이 결합하는 수용체의 반전전위가 역치전위보다 낮으면 억제성 시냅스 후전위(IPSP)[4]가 발생한다.
흥분성 시냅스에 있는 수용체들은 막 전위를 그들 자신의 특정rev E로 가져오려고 노력하지만, 흥분성 시냅스의 단일 자극이 막 전위를 역치를 지나도록 상승시키고 활동 전위를 생성할 확률은 그리 높지 않다.따라서 역치를 달성하고 활동전위를 생성하기 위해 시냅스 후 뉴런은 시간과 공간에서 발생할 수 있는 합계의 메커니즘에 기초하여 들어오는 모든 EPSP를 합산할 수 있는 능력을 가지고 있다.시간적 합산은 특정 시냅스가 높은 주파수로 자극될 때 일어나며, 이것은 시냅스 후 뉴런이 들어오는 EPSP를 합산하게 하고, 따라서 뉴런이 활동 전위를 발사할 가능성을 증가시킨다.비슷한 방법으로, 시냅스 후 뉴런은 공간적 [3]합이라고 불리는 과정으로 여러 시냅스로부터 나온 EPSP를 다른 뉴런과 합칠 수 있습니다.

흥분성 신경전달물질의 종류

아세틸콜린

아세틸콜린(ACH)은 흥분성, 소분자 신경전달물질로 미주 신경과 심장 근육 섬유를 제어하는 신경근 접합부에서의 시냅스 전달, 골격 및 내장 운동 시스템 및 중추 신경계 [3]내의 다양한 부위에 관여합니다.이 신경전달물질은 시냅스 틈을 가로질러 종에 따라 다양한 시냅스 후 수용체에 결합하지만, 이 모든 수용체들은 시냅스 후 막을 탈분극시키고 따라서 ACh를 흥분성 신경전달물질로 [5]분류한다.

글루탐산염

글루탐산염은 작은 아미노산 신경전달물질이며 중추신경계의 거의 모든 시냅스에서 1차 흥분성 신경전달물질이다.이 분자는 NMDA 수용체, AMPA 수용체 및 카이네이트 수용체를 포함한 여러 시냅스 후 수용체와 결합합니다.이 수용체들은 모두 양이온 채널로 Na+, K, 그리고 때때로2+ Ca와 같이+ 양전하를 띤 이온들이 시냅스 후 세포로 들어가 [3]뉴런을 흥분시키는 탈분극을 일으킨다.

카테콜아민류

에피네프린, 노르에피네프린, 도파민을 포함하는 카테콜아민은 아미노산 티로신에서 파생된 흥분성 생물성 아민 신경조절제이며 중추신경계뿐만 아니라 말초신경계의 다양한 위치에서 흥분성 신경전달물질로 작용한다.아드레날린과 노르아드레날린이라고도 불리는 에피네프린과 노르에피네프린은 각각 특정+ K채널의 활성화와 비활성화를 포함한 다양한 방법으로 시냅스 후 세포에 대한 탈분극 효과를 유도하는 다수의 G단백질 결합 수용체와 결합한다.에피네프린은 중추신경계의 외측피질계, 수질, 시상하부, 시상하부에서 발견되지만, 그 기능은 완전히 이해되지 않는다.노르에피네프린은 뇌간에서 발견되며 수면과 각성, 식사 행동, 주의력에 관여합니다.도파민은 뇌의 많은 부분에서 G단백질 결합 수용체, 특히 몸의 움직임의 [3]배열을 이루는 시냅스 전달을 매개하는 말뭉치 선조체에 결합합니다.

세로토닌

세로토닌은 수면과 각성을 조절하는 흥분성 신경전달물질로 전뇌로 확장되는 대뇌와 상뇌간 부분의 뉴런에서 발견됩니다.세로토닌은 5-HT3 수용체를 포함한 많은 수용체와 결합하는데, 5-HT 수용체는 그들이 상주하는 [3]시냅스 후 뉴런의 막 전위를 탈분극시키기 위해 양이온을 통과시키는 배위자 이온 채널이다.정상보다 낮은 세로토닌 활성의 수준은 다양한 증상, 특히 우울증과 관련이 있는데, 이것이 많은 항우울제가 세로토닌 활동을 [6]증가시키는 작용을 하는 이유입니다.

히스타민

히스타민은 시상하부의 뉴런에서 G단백질 결합 수용체와 결합함으로써 흥분성 신경전달물질로 작용한다.이 뉴런들은 히스타민이 주의력, 각성, 그리고 알레르기 [3]반응을 매개하도록 하면서 뇌와 척수의 많은 영역으로 투영됩니다.히스타민 수용체 4종1(H4 - H) 중 H는3 중추신경계에서 발견되며,[7] 신경전달에 대한 히스타민 영향을 조절하는 역할을 한다.

질병

흥분성 시냅스는 뇌 내부와 말초 신경계 전반에 걸쳐 정보 처리에 있어 기본적인 역할을 합니다.보통 수상돌기 또는 글루탐산염 수용체와 시냅스 후 밀도 성분이 집중된 신경막 돌기에 위치하는 흥분성 시냅스는 신경 [1]신호의 전기적 전송을 돕는다.시냅스의 물리적 형태학은 그 기능을 이해하는 데 매우 중요하며, 부적절한 시냅스 안정성의 상실이 신경 회로의 파괴와 그로 인한 신경학적 질병으로 이어진다는 것이 잘 입증되었다.비록 유전자 배치나 돌연변이, 정상적인 노화 과정, 기생충과 바이러스 원인, 또는 약물 사용과 같은 다양한 신경 퇴행성 질환의 원인이 무수히 많지만, 많은 것들이 뉴런들 사이의 기능적인 신호 전달에 의해 종종 [3]시냅스에서 추적될 수 있다.

흥분독성

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병태생리학

글루탐산염은 시냅스 신경전달에 관여하는 가장 일반적인 흥분성 신경전달물질이기 때문에, 이러한 경로의 정상적인 기능에 장애가 신경계에 심각한 해로운 영향을 미칠 수 있다.세포 스트레스의 주요 공급원은 D. R. 루카스 및 J. P.에 의해 처음 발견된 흥분독성으로 알려진 과정인 글루탐산 수용체(NMDA 및 AMPA 수용체)의 과도한 활성화를 통한 시냅스 후 뉴런의 글루타민 작동 과다 자극과 관련이 있다.1957년 나트륨을 주입한 실험용 [3]쥐를 대상으로 실험하던 중 신축되었습니다.
정상적인 조건에서 세포외 글루탐산염 수치는 주변 신경세포막 및 글루탐산염 운반체에 의해 엄격한 통제 하에 유지되며, 약 1mM의 농도까지 상승한 후 빠르게 정지 [8]수준으로 내려간다.이러한 수준은 글루타메이트-글루타민 회로로 알려진 신경-글루타민 세포 과정에서 글루타메이트 분자의 재활용을 통해 유지되며,[3] 글루타메이트는 신경전달물질의 적절한 공급을 유지하기 위해 전구체 글루타민으로부터 제어된 방식으로 합성된다.그러나 시냅스 균열에 있는 글루탐산 분자가 분해되거나 재사용될 수 없는 경우, 종종 글루탐산-글루타민 회로의 기능 장애로 인해 뉴런은 현저하게 과잉 자극되어 아포토시스라고 알려진 신경 세포 사망 경로를 초래한다.아포토시스는 주로 활성화된 글루탐산 수용체를 통해 세포내로 흘러들어 포스포리파아제, 엔도핵산가수분해효소, 단백질분해효소, 그리고 그에 따라 아포토시스 캐스케이드의 활성화를 유도하는 칼슘 이온의 증가된 농도에 의해 발생한다.흥분독성과 관련된 신경세포 사멸의 추가적인 원천은 미토콘드리아에서의 에너지 감소와 [3]세포 내의 활성산소와 질소종의 증가된 농도를 포함한다.

치료

흥분독성 메커니즘은 종종 저혈당, 외상, 뇌졸중, 발작 및 많은 신경변성 질환을 포함한 신경 손상으로 이어지는 다른 조건에 관여하며, 따라서 질병 치료에 중요한 의미를 갖는다.시냅스 후 뉴런의 자극을 줄이기 위해 글루탐산 수용체 길항제 및 흥분독성 캐스케이드 교란제를 포함하는 최근 연구가 수행되었지만, 이러한 치료법은 여전히 활발한 연구가 [9]진행 중이다.

관련 신경 변성 질환

신경 퇴행성 치매 알츠하이머 병(AD)는 가장 흔한 형태, 즉 뇌의 기능을 잃게 하고 그리고 먼저 독일 정신과 의사와 신경 병리학자. AloisAlzheimer에 의해 1907년에 기술되었다. 9. 그 병의[10]진단은 종종 임상 관찰 뿐만 아니라 가족 역사와 다른 위험 요인의 분석에서, 그리고 종종 includ 비롯된다.에스 s기억력 장애, 언어, 의사결정, 판단력, [11]성격 문제 등의 증상.위의 증상을 초래하는 일차 신경학적 현상은 종종 흥분성 시냅스에서의 신호 전달과 관련이 있으며, 종종 흥분성 독성으로 인해 발생하며, 아밀로이드 플라크와 신경섬유 엉킴의 존재, 그리고 신경세포의 죽음과 시냅스 가지치기에서 비롯된다.시판되는 주요 약물 치료제는 신경 시냅스에서 글루탐산염(NMDA) 수용체 길항작용과 아세틸콜린에스테라아제 활성을 억제하는 것을 다룬다.이 치료법은 흥분독성, 활성산소 및 에너지 감소와 관련된 다양한 경로로 인해 발생하는 뇌 뉴런의 아포토시스를 제한하는 것을 목표로 한다.많은 연구소가 현재 아밀로이드 플라크와 다른 AD 증상의 예방에 초점을 맞추고 있으며, 이 연구 분야는 아직 [10]걸음마 단계에 있지만, 종종 실험 백신의 사용을 통해 이루어진다.
파킨슨병에서 실체성 니그라의 조직학적 뇌 샘플. 루이 신체와 신경 퇴화의 다른 징후를 보여준다.
파킨슨병(PD)은 중추신경계, 특히 흑질에서 도파민 작동성 뉴런의 아포토시스, 흥분성 신경전달물질인 글루탐산염(즉 흥분독성)[12]에 대한 높은 반응으로 인해 발생하는 신경변성 질환이다.가장 명백한 증상들은 운동 능력과 관련이 있지만, 질병의 장기화는 치매뿐만 아니라 인지 및 행동 문제로 이어질 수 있다.비록 뇌에서 아포토시스 메커니즘이 완전히 명확하지는 않지만, 추측은 앞서 언급한 경로를 [12]통해 과도한 글루탐산 신경 전달 물질과 함께 신경 NMDA 수용체의 과잉 자극뿐만 아니라 르위 체로 알려진 세포 폐색에 유비퀴티드 단백질의 비정상적인 축적과 세포 죽음을 연관시킨다.알츠하이머병처럼 파킨슨병도 치료법이 없다.따라서 생활습관 변화와 수술 외에 PD환자의 치료에 사용되는 의약품의 목표는 증상을 조절하고 가능하면 병의 진행을 제한하는 것이다.가장 널리 쓰이는 PD 치료제인 레보도파(L-DOPA)는 체내에서 도파민으로 전환돼 중추신경계의 도파민 신경세포 감소 효과를 완화시키는 데 도움이 된다.다른 도파민 작용제는 흥분성 시냅스에서 도파민의 효과를 모방하여 수용체를 결합시키고 원하는 시냅스 후 [13]반응을 일으키기 위해 환자에게 투여되었다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ a b c M. Sheng; C. Hoogenraad (2006). "The Postsynaptic Architecture of Excitatory Synapses: A More Quantitative View". Annual Review of Biochemistry. 76: 823–47. doi:10.1146/annurev.biochem.76.060805.160029. PMID 17243894.
  2. ^ a b Chua, Kindler; Boykin, Jahn (2010-03-03). "Architecture of an Excitatory Synapse". Journal of Cell Science. 123 (6): 819–823. doi:10.1242/jcs.052696. hdl:11858/00-001M-0000-0012-D5F7-3. PMID 20200227. S2CID 13491894.
  3. ^ a b c d e f g h i j k l m n o p D. Purves; et al. (2008). Neuroscience, 4th ed. Sunderland, Massachusetts: Sinauer Associates, Inc.
  4. ^ Williams, S. Mark; McNamara, James O.; Lamantia, Anthony-Samuel; Katz, Lawrence C.; Fitzpatrick, David; Augustine, George J.; Purves, Dale (2001). "Excitatory and Inhibitory Postsynaptic Potentials". Sinauer Associates, Inc. {{cite journal}}:Cite 저널 요구 사항 journal=(도움말)
  5. ^ J. Rand (2007). "Acetylcholine".
  6. ^ Stephen Gislason (1995). "Neurotransmitter - Serotonin". Brain Mind Center at Alpha Online.
  7. ^ R. Bowen (2008). "Histamine and Histamine Receptors".
  8. ^ "Excitotoxicity and Cell Damage". 2010.
  9. ^ M. Aarts; M. Tymianski (2003-09-15). "Novel treatment of excitotoxicity: targeted disruption of intracellular signalling from glutamate receptors". Biochemical Pharmacology. 66 (6): 877–886. doi:10.1016/S0006-2952(03)00297-1. PMID 12963474.
  10. ^ a b J. Tavee; P. Sweeney. "Alzheimer's Disease".
  11. ^ "Alzheimer's Disease". 2010-10-04.
  12. ^ "Parkinson's Disease". 2011.